Investigation on the Use of Treated Wastewater as Mixing Water in Cementitious Systems

Öz

As a result of rapidly growing population, the need for natural water resources is increasing. While increasing water demand leads to depletion of natural water resources, the corresponding increase in amount of wastewater causes pollution of the remaining natural resources and deterioration of the quality of fresh water. Therefore, to prevent pollution of freshwater resources, it is crucial to use existing water resources wisely and reuse wastewater. Recycled wastewater can be used for irrigation of parks, sports facilities and highways, as well as for fire-fighting, particulate emission control in construction sites and concrete production. This study focuses on the use of effluent of a membrane bioreactor treating municipal wastewater as mixing water for concrete production. To evaluate the conformity of this wastewater, the fresh and hardened properties of the cement mortars produced, such as consistency, setting time, density and strength development, were monitored. The initial and final setting times of the samples produced with wastewater deviated less than 25% from those obtained from samples produced with distilled water. A fluctuating trend was observed between the compressive strengths of the specimens produced with different water types, however, in evaluation made according to TS EN 1008 demonstrated that the normalized compressive strength of the specimens produced with wastewater was above 90% at both 7th and 28th days. Following these results, it was concluded that wastewater used in the study has potential as mixing water for cementitious systems, but this conclusion should be supported by additional research including durability and reinforcement corrosion tests.

Anahtar Kelimeler

• Wastewater
• Mixing water
• Setting time
• Compressive strength

Arıtılmış Atık Suyun Çimento Esaslı Sistemlerde Karma Suyu Olarak Kullanılmasının Araştırılması

Öz

Ülkemizde ve Dünyada hızla artan nüfusun bir sonucu olarak, doğal su kaynaklarına olan ihtiyaç artmaktadır. Artan su talebi doğal su kaynaklarının tükenmesine yol açarken, buna mukabil artan atık su miktarı da kalan doğal kaynakların kirlenmesine ve özellikle tatlı suların kalitesinin bozulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, tatlı su kaynaklarının kirlenmesini önlemek için mevcut su kaynaklarının akıllıca kullanılması ve atık suların yeniden kullanılması gerekmektedir. Geri dönüştürülen atık sular parkların, spor tesislerinin ve otoyolların sulanmasının yanı sıra yangınla mücadele, inşaat alanlarında partikül emisyon kontrolü ve beton üretimi için de kullanılabilir. Bu çalışma, şehir atık suyunu arıtan membran biyoreaktörün çıkış suyunun beton üretiminde karma suyu olarak kullanımını araştırmaktadır. Bu atık suyun uygunluğunu değerlendirmek için öncelikle üretilen çimento harçlarının kıvam, priz süresi, birim-hacim ağırlık ve dayanım gelişimi gibi taze ve sertleşmiş hal özellikleri araştırılmıştır. Geri kazanılan su ile üretilen numunelerin priz başlangıç ve bitiş süreleri, damıtılmış su ile üretilen numunelerden elde edilenlerden %25'ten daha az sapma göstermiştir. Farklı su/çimento oranları ve kür koşulları etkisi altında geri kazanılan su, damıtık su ve musluk suyu ile üretilen numunelerin farklı yaşlardaki basınç dayanımları arasında dalgalı bir trend oluşurken; TS EN 1008’e göre yapılan değerlendirmede geri kazanılan su ile üretilen numunelerin damıtık su ile üretilen numunelere göre normalize basınç dayanımının hem 7. günde hem de 28. günde asgari %90’lık limit değerin üzerinde olduğu görülmüştür. Elde edilen bu sonuçların ardından, çalışmada kullanılan suyun çimento esaslı sistemlerin karma suyu olarak potansiyel taşıdığı, ancak bu çıkarımın dayanıklılık ve donatı korozyon testlerini de içeren ek araştırmalarla desteklenmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Atık su
• Karma suyu
• Priz süresi
• Basınç dayanımı

Kaynakça

1. Global Cement and Concrete Association, https://gccassociation.org/concretefuture/cement-concrete-around-the-world, (Temmuz 2024).
2. Erdoğan, T.Y. (2003). Beton. 1. baskı, ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayınları, Türkiye, s. 116-118.
3. TS EN 1008 (2003). Beton-Karma suyu-Numune Alma, Deneyler ve Beton Endüstrisindeki İşlemlerden Geri Kazanılan Su Dahil, Suyun, Beton Karma Suyu Olarak Uygunluğunun Tayini Kuralları. Ankara, Türkiye.
4. Sandrolini, F. ve Franzoni, E. (2001). Waste wash water recycling in ready-mixed concrete plants. Cem. Concr. Res., 31, 485-489.
5. Su, N., Miao, B. ve Liu, F.S. (2002). Effect of Wash Water and Underground Water on Properties of Concrete. Cem. Concr. Res., 32, 777-782.
6. Ekolu S.O. ve Dawneerangen, A. (2010). Evaluation of recycled water recovered from a ready-mix concrete plant for reuse in concrete. J. S. Afr. Inst. Civ. Eng., 52, 77-82.
7. Tsimas, S. ve Zervaki, M. (2011) Reuse of Waste Water from Ready-mixed Concrete Plants. Management of Environmental Quality: An Inter. J., 22(1), 7-17.
8. Wasserman, B. (2012). Wash Water in the Mix: Effects on the Compressive Strength of Concrete. Int. J. Construct. Educ. Res., 8(4), 301-316.

9. Asadollahfardi, G., Asadi, M., Jafari, H., Moradi, A. ve Asadollahfardi, R. (2015). Experimental and Statistical Studies of Using Wash Water from Ready-mix Concrete Trucks and a Batching Plant in the Production of Fresh Concrete. Constr. Build. Mater., 98, 305-314.
10. Audo, M., Mahieux, P. ve Turcry, P. (2016). Utilization of Sludge from Ready-mixed Concrete Plants as a Substitute for Limestone Fillers. Constr. Build. Mater., 112, 790-799.
11. Avrupa Hazır Beton Birliği (ERMCO) (2006). Guidance on Concrete Wash Water in the European Ready Mixed Concrete Industry. Brüksel, Belçika.
12. Doğan, Ü.A. ve Özkul, M.H. (2019). Hazır Beton Tesisinde Geri Kazanılan Suyun Beton Basınç Dayanımı ve Kılcallık Üzerine Etkisi. Türkiye Hazır Beton Birliği Hazır Beton Dergisi, 154, 73-78.
13. Özkul, M.H. ve Doğan, Ü.A. (2016). Transmikser Yıkama Suyunun Hazır Beton Üretiminde Geri Dönüşümü. Türkiye Hazır Beton Birliği Hazır Beton Dergisi, 137, 82-86.
14. TS EN 196-1 (2016). Çimento Deney Metotları - Bölüm 1: Dayanım Tayini. Ankara, Türkiye.
15. TS EN 1015-3 (2000). Kagir Harcı- Deney Metotları - Bölüm 3: Taze Harç Kıvamının Tayini (Yayılma Tablası ile). Ankara, Türkiye.
16. TS EN 196-3 (2017). Çimento Deney Yöntemleri - Bölüm 3: Priz Süreleri ve Genleşme Tayini. Ankara, Türkiye.
17. TS EN 12390-7 (2019). Beton - Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 7: Sertleşmiş Betonun Birim Hacim Kütlesinin Tayini. Ankara, Türkiye.
18. ASTM C109 (2020). Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 50-mm Cube Specimens). USA.
19. Bouaich, F.Z., Maherzi, W., Benzerzour M., Taleb M., Abriak N-E., Rais, Z. ve Senouci, A. (2022). Mortar Mixing Using Treated Wastewater Feasibility. Constr. Build. Mater., 352, 1-12.
20. Chatveera, B., Lertwattanaruk, P. ve Makul, N. (2006). Effect of Sludge Water from Ready-mixed Concrete Plant on Properties and Durability of Concrete. Cem. Concr. Comp., 28, 441-450.
21. Soltanianfard, M.A., Abuhishmeh, K., Jalali, H.H. ve Shah, S.P. (2023). Sustainable Concrete Made with Wastewater from Different Stages of Filtration. Constr. Build. Mater., 409, 1-13.
22. Abushanab, A. ve Alnahhal, W. (2022). Performance of Sustainable Concrete Incorporating Treated Domestic Wastewater. Constr. Build. Mater., 329, 1-15.
23. Venkatesan, G., Kumar, A., ve Perumal, P. (2021). Fresh and Hardened Properties of Five Non-Potable Water Mixed and Cured Concrete: A Comprehensive Review. Constr. Build. Mater., 309, 1-12.