Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması

Kemal Uray; Hicran Açıkel; Mustafa Koçer; Esra Uray

doi:10.29137/umagd.1349431

EN TR

Investigation of the Effect of Various Parameters on the Mechanical Properties of Concrete Using the Taguchi Method

Abstract

In this study, the optimization of various parameters used in concrete mixtures has been investigated using the statistical-based Taguchi method. The research aims to design a sustainable, cost-effective, and time-efficient concrete. Parameters such as Silica Fume (SF), Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBFS), water/binder ratio (W/B), cement dosage, and Calcium Nitrite (CN) were varied across 17 different mixtures. To assess properties like compressive and flexural strength, samples were prepared with 3 replicates for each series. Following curing periods of 7, 28, and 56 days, bending and compressive strength tests were conducted on the produced specimens. The obtained results were subjected to statistical analysis within the framework of the Taguchi method to determine the optimal parameter levels. Verification experiments were carried out by producing mixtures at these identified optimal parameter levels. The experimental outcomes revealed the possibility of achieving concrete mixes that minimize cement consumption, enhance sustainability performance through the utilization of waste and chemical materials, and allow for a rapid economic assessment.

Keywords

“Compressive Strength, Flexural strength, Mineral Additive, Taguchi Method”

Project Number

221419004

Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması

Abstract

Bu çalışma kapsamında, beton karışımlarının optimizasyonu için çeşitli parametrelerin etkisi incelenmiş ve bu amaçla istatistiksel temelli Taguchi yöntemi kullanılmıştır. Araştırma, sürdürülebilir, ekonomik ve üretim süresi açısından verimli bir beton tasarımının oluşturulmasını hedeflemiştir. Silis dumanı (SD), yüksek fırın cürufu (YFC), su/bağlayıcı oranı (S/B), çimento dozajı ve kalsiyum nitrit (DCI) gibi parametrelerin farklı seviyelerinin yer aldığı toplam 17 farklı karışım hazırlanmıştır. Bu karışımlar üzerinden basınç dayanımı ve eğilme dayanımı özelliklerini belirlemek amacıyla her seriden 3 tekrarlı örnekler üretilmiştir. Üretilen numuneler, 7, 28 ve 56 günlük standart kür sürelerinin ardından eğilme ve basınç dayanımı testlerine tabi tutulmuştur. Elde edilen deney sonuçları, Taguchi yöntemi çerçevesinde istatistiksel analizlere tabi tutulmuş ve parametrelerin optimum seviyeleri belirlenmiştir. Bu belirlenen optimum parametre seviyelerinde karışımlar üretilerek doğrulama deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneylerin sonuçları, çimento tüketimini minimize eden, atık ve kimyasal malzemeleri kullanarak betonun sürdürülebilirlik performansını artıran ve aynı zamanda ekonomik açıdan hızlı bir değerlendirmenin mümkün olduğunu göstermiştir.

Keywords

“Basınç Dayanımı, Eğilme Dayanımı, Mineral Katkı, Taguchi Yöntemi”

Supporting Institution

Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğü

Project Number

221419004

Thanks

Doktora tez çalışmasının ön deneylerinin verildiği bu çalışma Necmettin Erbakan Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri tarafından desteklenmiştir (Proje no: 221419004). Bu çalışmada yapılan deneyler K.T.O Karatay Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir.

References

Al-Amoudi, O. S. B., Maslehuddin, M., Lashari, A. N., & Almusallam, A. A. (2003). Effectiveness of corrosion inhibitors in contaminated concrete. Cement and Concrete Composites, 25(4–5), 439–449. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(02)00084-7
Amer, I., Kohail, M., El-Feky, M. S., Rashad, A., & Khalaf, M. A. (2021). Characterization of alkali-activated hybrid slag/cement concrete. Ain Shams Engineering Journal, 12(1), 135–144. https://doi.org/10.1016/J.ASEJ.2020.08.003
Atiş, C. D., Özcan, F., Kiliç, A., Karahan, O., Bilim, C., & Severcan, M. H. (2005). Influence of dry and wet curing conditions on compressive strength of silica fume concrete. Building and Environment, 40(12), 1678–1683. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2004.12.005
Bilim, C., & Atiş, C. D. (2011). Öğütülmüş Granüle Yüksek Fırın Cürufu İçeren Harçların Aşınma ve Mukavemet Özellikleri. Politeknik Dergisi, 14(2), 101–107. https://dergipark.org.tr/tr/pub/politeknik/issue/33057/367904
Boran, H., Günaydın, O., & Güçlüer, K. (2020). Investigation of Engineering Properties of Blast Furnace Slag Additive Mortars. MANAS Journal of Engineering, 8(2), 138–143. https://doi.org/10.51354/MJEN.795891
Box, G. (1988). Signal-to-noise ratios, performance criteria, and transformations. Technometrics, 30(1), 1-17.
Chong, B. W., Othman, R., Jaya, R. P., Hasan, M. R. M., Sandu, A. V., Nabiałek, M., Jeż, B., Pietrusiewicz, P., Kwiatkowski, D., Postawa, P., & Abdullah, M. M. A. B. (2021). Design of Experiment on Concrete Mechanical Properties Prediction: A Critical Review. Materials 2021, Vol. 14, Page 1866, 14(8), 1866. https://doi.org/10.3390/MA14081866
Cimbala, J. M. (2014). Taguchi Orthogonal Arrays. Lecture Notes Pennsylvania State University, September, 4–6. https://www.me.psu.edu/cimbala/me345/Lectures/Taguchi_orthogonal_arrays.pdf
Dave, S. V., Bhogayata, A., & Arora, N. K. (2021). Mix design optimization for fresh, strength and durability properties of ambient cured alkali activated composite by Taguchi method. Construction and Building Materials, 284, 122822. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.122822
De Side, G. N., Kencanawati, N. N., & Hariyadi. (2020). An application of Taguchi experiment design methods on optimization of mortar mixture composition with Silica Fume as a partial substitute for cement. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 413(1), 012012. https://doi.org/10.1088/1755-1315/413/1/012012

Eşme, U. (2009). Applıcatıon of Taguchı Method for The Optımızatıon of Resıstance Spot Weldıng Process. Arabian Journal for Science & Engineering (Springer Science & Business Media BV), 34.
Ghanei, A., Eskandari-Naddaf, H., & Davoodi, A. (2018). Corrosion behavior and optimization of air-entrained reinforced concrete, incorporating microsilica. Structural Concrete, 19(5), 1472–1480. https://doi.org/10.1002/SUCO.201800058
Guo, Z., Jiang, T., Zhang, J., Kong, X., Chen, C., & Lehman, D. E. (2020). Mechanical and durability properties of sustainable self-compacting concrete with recycled concrete aggregate and fly ash, slag and silica fume. Construction and Building Materials, 231, 117115. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2019.117115
Hinislioǧlu, S., & Bayrak, O. Ü. (2004). Optimization of early flexural strength of pavement concrete with silica fume and fly ash by the Taguchi method. Civil Engineering and Environmental Systems, 21(2), 79–90. https://doi.org/10.1080/10286600410001684562
Kate, G. K., Nayak, C. B., & Thakare, S. B. (2021). Optimization of sustainable high-strength–high-volume fly ash concrete with and without steel fiber using Taguchi method and multi-regression analysis. Innovative Infrastructure Solutions, 6(2), 1–18. https://doi.org/10.1007/S41062-021-00472-6/TABLES/24
Kivak, T. (2014). Optimization of surface roughness and flank wear using the Taguchi method in milling of Hadfield steel with PVD and CVD coated inserts. Measurement, 50(1), 19–28. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2013.12.017
Lee, S., & Shin, S. (2019). Prediction on Compressive and Split Tensile Strengths of GGBFS/FA Based GPC. Materials 2019, Vol. 12, Page 4198, 12(24), 4198. https://doi.org/10.3390/MA12244198 Lopez-Calvo, H. Z., Montes-Garcia, P., Bremner, T. W., Thomas, M. D. A., & Jiménez-Quero, V. G. (2012). Compressive strength of HPC containing CNI and fly ash after long-term exposure to a marine environment. Cement and Concrete Composites, 34(1), 110–118. https://doi.org/10.1016/J.CEMCONCOMP.2011.08.007
Mazloom, M., Ramezanianpour, A. A., & Brooks, J. J. (2004). Effect of silica fume on mechanical properties of high-strength concrete. Cement and Concrete Composites, 26(4), 347–357. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(03)00017-9
Mohamed, O. A., & Najm, O. F. (2017). Compressive strength and stability of sustainable self-consolidating concrete containing fly ash, silica fume, and GGBS. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 11(4), 406–411. https://doi.org/10.1007/S11709-016-0350-1/METRICS
Peace, G. S. (1995), Taguchi Methods; A Hands-On Approach to Quality Engineering. Addison-Wesley Publishing Company, ISBN: 9780201563115, 0201563118.
Ramezanianpour, A. A., & Malhotra, V. M. (1995). Effect of curing on the compressive strength, resistance to chloride-ion penetration and porosity of concretes incorporating slag, fly ash or silica fume. Cement and Concrete Composites, 17(2), 125–133. https://doi.org/10.1016/0958-9465(95)00005-W
Reou, J. S., & Ann, K. Y. (2008). The electrochemical assessment of corrosion inhibition effect of calcium nitrite in blended concretes. Materials Chemistry and Physics, 109(2–3), 526–533. https://doi.org/10.1016/J.MATCHEMPHYS.2007.12.030
Ross, P. J. (1988). Taguchi techniques for quality engineering: loss function, orthogonal experiments, parameter and tolerance design.
Saraya, M. E. S. I. (2014). Study physico-chemical properties of blended cements containing fixed amount of silica fume, blast furnace slag, basalt and limestone, a comparative study. Construction and Building Materials, 72, 104–112. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2014.08.071
Savaşkan, M., Taptık, Y., & Ürgen, M. (2010). Deney tasarımı yöntemi ile matkap uçlarında performans optimizasyonu. İTÜDERGİSİ/d, 3(6). http://itudergi.itu.edu.tr/index.php/itudergisi_d/article/view/742
Serencam, H., & Uçurum, M. (2019). Taguchi Deney Tasarımı Kullanılarak Uçucu Kül İle Ni (II) Gideriminde Bazı Adsorpsiyon Parametrelerinin Etkinliğinin İrdelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(1), 336–344. https://doi.org/10.28948/NGUMUH.517135
Sevinç, A. H., Durgun, M. Y., & Eken, M. (2017). A Taguchi approach for investigating the engineering properties of concretes incorporating barite, colemanite, basaltic pumice and ground blast furnace slag. Construction and Building Materials, 135, 343–351. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2016.12.209
Taguchi, G., & Phadke, M. S. (1986). Quantity Engineering Through Design Optimization. Proceedings of the National Electronics Conference, 40(pt 1), 32–39. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-1472-1_5
Taguchi, G., Chowdhury, S., & Wu, Y. (2004). Taguchi's Quality Engineering Handbook. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN 0-471-41334-8.
Teimortashlu, E., Dehestani, M., & Jalal, M. (2018). Application of Taguchi method for compressive strength optimization of tertiary blended self-compacting mortar. Construction and Building Materials, 190, 1182–1191.
https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2018.09.165 Turk, K., Karatas, M., & Gonen, T. (2013). Effect of Fly Ash and Silica Fume on compressive strength, sorptivity and carbonation of SCC. KSCE Journal of Civil Engineering, 17(1), 202–209. https://doi.org/10.1007/S12205-013-1680-3/METRICS
Ulugöl, H. (2015). Granüle yüksek fırın cürufunun çimentonun mekanik ve durabilite özelliklerine etkisi [Doktora tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Yapı Bilim Dalı, Sakarya, Türkiye]. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp
Uray, E. (2014). Gabion Tipi Dayanma Duvarlarında Tasarım Kriterlerinin Araştırılması [Selçuk Üniversitesi]. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp
Uray, E., Carbas, S., Geem, Z. W., & Kim, S. (2022). Parameters Optimization of Taguchi Method Integrated Hybrid Harmony Search Algorithm for Engineering Design Problems. Mathematics 2022, Vol. 10, Page 327, 10(3), 327. https://doi.org/10.3390/MATH10030327
Uysal, M. (2012). Taguchi and Anova approach for optimisation of design parameters on the compressive strength of HSC. Magazine of Concrete Research, 64(8), 727–735. https://doi.org/10.1680/MACR.11.00156
Warda, M. A., Khalil, H. S., Ahmad, S. S. E., & Mahdi, I. M. (2020). Optimum Sustainable Mix Proportions of High Strength Concrete by Using Taguchi Method. Frattura ed Integrità Strutturale, 14(54), 211–225. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.54.16

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Construction Materials

Journal Section

Research Article

Authors

Kemal Uray ^*
0000-0003-1973-7865
Türkiye

Hicran Açıkel
0000-0002-2027-7723
Türkiye

Mustafa Koçer
0000-0002-5505-2065
Türkiye

Esra Uray
0000-0002-1121-2880
Türkiye

Publication Date

January 31, 2024

Submission Date

August 24, 2023

Acceptance Date

December 30, 2023

Published in Issue

Year 2024 Volume: 16 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.29137/umagd.1349431

IZ

https://izlik.org/JA93KF23DY

APA

Uray, K., Açıkel, H., Koçer, M., & Uray, E. (2024). Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması. International Journal of Engineering Research and Development, 16(1), 340-355. https://doi.org/10.29137/umagd.1349431

AMA

1.Uray K, Açıkel H, Koçer M, Uray E. Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması. IJERAD. 2024;16(1):340-355. doi:10.29137/umagd.1349431

Chicago

Uray, Kemal, Hicran Açıkel, Mustafa Koçer, and Esra Uray. 2024. “Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması”. International Journal of Engineering Research and Development 16 (1): 340-55. https://doi.org/10.29137/umagd.1349431.

EndNote

Uray K, Açıkel H, Koçer M, Uray E (January 1, 2024) Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması. International Journal of Engineering Research and Development 16 1 340–355.

IEEE

[1]K. Uray, H. Açıkel, M. Koçer, and E. Uray, “Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması”, IJERAD, vol. 16, no. 1, pp. 340–355, Jan. 2024, doi: 10.29137/umagd.1349431.

ISNAD

Uray, Kemal - Açıkel, Hicran - Koçer, Mustafa - Uray, Esra. “Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması”. International Journal of Engineering Research and Development 16/1 (January 1, 2024): 340-355. https://doi.org/10.29137/umagd.1349431.

JAMA

1.Uray K, Açıkel H, Koçer M, Uray E. Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması. IJERAD. 2024;16:340–355.

MLA

Uray, Kemal, et al. “Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması”. International Journal of Engineering Research and Development, vol. 16, no. 1, Jan. 2024, pp. 340-55, doi:10.29137/umagd.1349431.

Vancouver

1.Kemal Uray, Hicran Açıkel, Mustafa Koçer, Esra Uray. Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması. IJERAD. 2024 Jan. 1;16(1):340-55. doi:10.29137/umagd.1349431

Kırıkkale University, Faculty of Engineering and Natural Science, 71450 Yahşihan / Kırıkkale, Türkiye.

ijerad@kku.edu.tr

Investigation of the Effect of Various Parameters on the Mechanical Properties of Concrete Using the Taguchi Method

Abstract

Keywords

Project Number

Çeşitli Parametrelerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Taguchi Yöntemi Kullanılarak Araştırılması

Abstract

Keywords

Supporting Institution

Project Number

Thanks

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite