Effect of Different Chemical Admixtures on Fresh and Hardened Properties of Mortar with Mineral Additives

Öz

Even though the utilize of chemical admixtures in concrete has increased in recent years, there is still a lack of information in the literature on whether they will ensure sufficient effectiveness used with blended mixtures. In this study, a total of 55 mixtures were organized by adding five different chemical admixtures (medium-high range water reducer, set accelerator-retarder and air entrained agents) in two different dosages to the blended mortar prepared by using different amounts of fly ash and slag (0%-12,5%-25% by weight of cement). After then, fresh and hardened mortar properties were determined on the specimens, and the results were analyzed by statistical analysis and graphical methods. As a result, the usage of superplasticizer led to a statistically significant change in strength, regardless of whether the mixtures were mineral admixtures added, while the dosage difference had its effect on all results. For other chemical additives, this effect has been limited. More importantly, the use of chemical additives in blended mixtures with mineral additives caused significant differences in strength and setting times compared to mixtures without mineral additives, while this situation was more experienced in slag mixtures. This is very important in terms of revealing how necessary trial castings are rather than ready-made predictions when chemical additives are used especially in blended mixtures with mineral additives.

Anahtar Kelimeler

• Blended mixtures
• chemical additives
• flowability
• setting time
• compressive strength

Farklı Kimyasal Katkıların Mineral Katkılı Taze ve Sertleşmiş Harç Özelliklerine Etkisi

Öz

Harç ve betonda kimyasal katkıların kullanımı her geçen gün artmakla birlikte özellikle mineral katkılar ile harmanlanmış karışımlar için nasıl etkilerin oluştuğu hususunda literatürde yeterince bilgi bulunmamaktadır. Bu çalışma kapsamında farklı miktarlarda (0%-12,5%25%) uçucu kül ve öğütülmüş yüksek fırın cürufunun kullanıldığı harmanlanmış harç karışımlarına iki farklı dozajda (minimum-maksimum) beş farklı kimyasal katkı (orta-yüksek oranda su azaltıcı, priz hızlandırıcı-geciktirici ve hava sürükleyici) eklenerek, toplam 55 karışım hazırlanmış ve numuneler üzerinde taze ve sertleşmiş harç özellikleri belirlenerek sonuçlar istatiksel analizler ve grafiksel yöntemlerle irdelenmiştir. Sonuç olarak, yüksek oranda su azaltıcı kimyasal katkı kullanımı, karışımların mineral katkılı olup olmaması fark etmeksizin istatiksel olarak anlamlı dayanım değişikliğine yol açarken, dozaj farklılığı tüm sonuçlarda etkisini hissettirmiştir. Diğer katkılar için bu durum daha sınırlı kalmıştır. Daha da önemlisi mineral katkılı karışımlarda kimyasal katkıların kullanılması, dayanımlarda ve priz başlangıç ve bitiş sürelerinde mineral katkısız karışımlara nazaran önemli farklılıklara sebep olurken, bu durum en fazla cüruflu karışımlarda görülmüştür. Bu da kimyasal katkıların özellikle mineral katkılı harmanlanmış karışımlarda kullanılması durumunda hazır öngörülerden ziyade, ön deneme dökümlerin ne kadar gerekli olduğunu ortaya koyması açısından oldukça önemlidir.

Anahtar Kelimeler

• Mineral katkılı harçlar
• kimyasal katkılar
• akıcılık
• priz süreleri
• basınç dayanımı

Kaynakça

1. [1] Lawrence P., Cyr M., Ringot E., "Mineral admixtures in mortars: effect of inert materials on short-term hydration", Cem. Concr. Res. 33:1939–1947, (2003).
2. [2] Cyr M., "Lawrence, E. Ringot, Mineral admixtures in mortars: quantification of the physical effects of inert materials on short-term hydration", Cem. Concr. Res. 35: 719-730, (2005).
3. [3] Lawrence P., Cyr M., Ringot E., "Mineral admixtures in mortars effect of type, amount and fineness of fine constituents on compressive strength", Cem. Concr. Res. 35: 1092–1105, (2005).
4. [4] Özcan U., Güngör S., "Sürdürülebilir Bir Yöntem / Betonda Puzolan Kullanımı", Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 15: 176–182, (2019).
5. [5] Tokyay M., "Cement and Concrete Mineral Admixtures (1st ed.)", CRC Press, (2016).
6. [6] Erdoğdu S., Kurbetci S., "Betonun performansına sağladıkları etkinlik açısından kimyasal ve mineral katkı maddeleri",Türkiye Mühendislik Haberleri, 46: 115–120, (2003).
7. [7] Uysal M., Sumer M., "Performance of self-compacting concrete containing different mineral admixtures", Constr. Build. Mater., 25: 4112–4120, (2011).
8. [8] Şahmaran M., Christianto H. A., Yaman İ. Ö., "The effect of chemical admixtures and mineral additives on the properties of self-compacting mortars", Cem. Concr. Compos., 28:432–440, (2006).

9. [9] Boukendakdji O., Kenai S., Kadri E.H., Rouis F., "Effect of slag on the rheology of fresh self-compacted concrete", Constr. Build. Mater. 23: 2593–2598, (2009).
10. [10] Patil S. S., Khochare R. N., Gondil R. P., Maske M. M., "Review on Admixture for Civil Engineer", Indones. J. Multidiciplinary Res. 1 (n.d.) 363–378 (2019).
11. [11] ASTM C125-21, Standard Terminology Relating to Concrete and Concrete Aggregates, American Standart Testing and Materials, West Conshohocken, PA, (2021).
12. [12] Du L., Folliard K. J.,"Mechanisms of air entrainment in concrete", Cem. Concr. Res. 35: 1463–1471, (2005).
13. [13] Kolay P. K., Sulaiman S. O., Kumar S., "Freeze-Thaw Durability of Concrete with Natural and Recycled Concrete Aggregates Using Air-Entraining Admixture", Adv. Civ. Eng. Mater., 7: 328–346, (2018).
14. [14] Plank J, Sakai E., Miao C.W, Yu C., Hong J. X, "Chemical admixtures - Chemistry, applications and their impact on concrete microstructure and durability," Cem. Concr. Res. 78: 81–99, (2015).
15. [15] ACI Committee E-701, Chemical Admixtures for Concrete, Farmington Hills, American Concrete Institute, MI 48331 U.S.A., (2013).
16. [16] Topçu İ. B., Canbaz M., Karakurt C., "Beton Üretiminde Kimyasal Katkı Kullanımı", Politeknik Dergisi, 9: 59–63, (2006).
17. [17] Ondova M., Stevulova N., Estokova A., "The Study of the Properties of Fly Ash Based Concrete Composites with Various Chemical Admixtures," Procedia Eng. 42:1863-1872, (2012).
18. [18] Anagnostopoulos C. A., "Effect of different superplasticisers on the physical and mechanical properties of cement grouts", Constr. Build. Mater., 50:162–168, (2014).
19. [19] Zhao M., Zhang X., Zhang Y., "Effect of free water on the flowability of cement paste with chemical or mineral admixtures", Constr. Build. Mater., 111: 571–579, (2016).
20. [20] Zhou S. C., Lv H. L., Li N., Zhang J., "Effects of Chemical Admixtures on the Working and Mechanical Properties of Ordinary Dry-Mixed Mortar," Adv. Mater. Sci. Eng., 5978089, (2019).
21. [21] Li X., "Effect of chemical admixtures on the properties of grouting materials with high-volume mineral materials", Adv. Compos. Lett. 28, (2019).
22. [22] Ley M. T., Harris N. J., Folliard K. J., Hover K. C., "Investigation of air-entraining admixture dosage in fly ash concrete", ACI Mater. J. 105: 494, (2008).