Utilization of waste products and a natural pozzolan used in civil engineering construction sector
Necmi Hoca; Supervisor: Ertuğ Aydın
- Nicosia Cyprus International University 2012
- XXI, 201 p. fig. graph., tab., color picture 30.5 cm
Includes references (193-201 p.)
CHAPTER 1: INTRODUCTION 1 General 1 Objective of the Study 4 Experimental Study 5 Results 6 Guide of Thesis 7 CHAPTER 2: INDUSTRIAL WASTE AND POZZOLANS 8 Introduction 8 Marble Dust 9 The Formation of Marble Waste 10 Utilization Marble Dust 13 Utilization Areas For Marble Dust 14 Industrial Uses 14 Construction Areas Uses 15 Art Work Uses 20 Environmental Impact of Marble Waste 21 Fly Ash 22 Utilization of Fly ash in Manufacturing of Buıldıng Bricks 24 Class F Fly Ash 28 Class C Fly Ash 29 Physical Properties of Fly Ashes 35 Particle Shape and Size 35 Fineness 36 Density 36 Color 36 Effect of Fly Ashes on Concrete Poperties 38 Effects on Fly ash on Fresh Concrete Properties 39 Water Requirement 39 Workability 39 Heat of Hydration 39 Time of Setting 40 Finishability 40 Effects on Fly ash on Hardened Concrete Properties 41 Strength 41 Permeability 41 Resistance to Frezzin and Thawing 42 Drying Shrinkage 42 Bond of Concrete to Steel and Toold Concrete 42 Bottom Ash 44 Polymer Fiber 51 Advantages of Fiber Reinforced Polymers 58 Polymer Fiber Products 59 Application of Polymers 60 Pozzolan 62 Pozzolanic Reaction 65 Pozzolanic Activity 66 Physical Properties of Finely Divided Natural Pozzolans 68 Finess 68 Density 68 Water Requirement 68 Soundness 68 Uniformity 69 Effects on Fresh Concrete 70 Water Requirements 70 Workability 70 Time of Setting 70 Heat of Hydration 71 Bleeding 71 Effects on Hardened Concrete Properties 72 Strength 72 Permeability 72 Sulphate Resistance 72 Economy 73 Alkali-Silica Reactivity 73 Building Materials 74 CHAPTER 3.ADMIXTURES 78 General Infromation About Admixtures 78 Mineral Admixtures 78 Chemical Admixture 79 Retarding Admixture 81 Accelerating Admixtures 82 Super Plasticizers 82 Water Reducing Admixtures 83 High-Range Water Reducing Admixtures 85 Air-Entarning Admixtures 89 CHAPTER 4.MATERIALS AND METHODOLOGY 92 Material Properties 92 Marble Dust 92 Cement 93 Fly Ash 93 Bottom Ash 94 Polymer Fiber 94 Chemical Admixture 94 Lime 94 Kantara Powder 95 Aggregate 96 Laboratory Experiments 98 Mix Proportions for Cement past and Concrete 99 Test Procedure 114 Slump Test 114 Flow Table Test 115 Inverted Slump Test 116 Compressive Strength Test 117 Flexural Strength Test 118 Water Absorption and Porosity Test 119 XRF Element Analysis Techniques Test 120 CHAPTER 5:ESULTS AND DISCUSSION 121 Physical Properties 121 Fresh Unit Unit Weight and Workability 121 Flow Table and Inverted Slump 127 Hardened Unit Weight 142 Water Absorption and Porosity 149 Mechanical Test 160 Compressive Strength for Cement Paste Mixture 160 Compressive Strength for Concente Mixture 169 Flexural Strength 185 CHAPTER 6: CONCLUSIONS AND RECCOMENDATIONS 188 Conclusions 188 Reccomendation 192 REFERENCES 193
'Abstract Nowadays, in marble-producing factories of waste generated marble dust and other waste materials such as, fly ash, bottom ash and natural pozzolans causes environmental and serious problem such as degradation of the natural ecologic structure. The marble dust, fly ash, bottom ash and pozzolans have been commonly used as a building material since ancient times. The purpose of this study is the utilization of wastes such as marble dust, fly ash, bottom ash and natural pozzolan (Kantara powder) in cement paste and concrete applications. To perform this study various amounts of cement, lime, marble dust, fly ash, bottom ash Kantara powder and chemical admixture were blended to prepare cement paste and concrete composites. Composites were designed to produce environmental, ecological and economical products. The use of local materials for the utilization of lightweight composites and production of an alternative new building materials for construction sector have beneficial effects for the Turkish Republic of Northern Cyprus (T.R.N.C) economy. In this study, cement paste mixtures having different amounts of wastes by weight of cement were prepared and the cement paste composites sintered at elevated temperatures and tested for physical and mechanical properties at the curing ages of 7 and 28 days. For the concrete mixture having different amounts of local pozzolan (Kantara powder) (10%, 20%, 30%) by the weight of the cement were prepared and tested for the mechanical properties at the curing ages of 7 and 28 days. Two types of cement (32.5 N and 42.5 R) were used to prepare concrete mixture. It was found that the amount of marble dust, fly ash, bottom ash and Kantara powder additive had positive effect on the physical and mechanical properties for the production of construction materials such as brick, ceramic tile, paving stone and briquette. With increasing demands of the construction industry, construction materials quality and cost become more important day by day in T.R.N.C and therefore this experiment preliminary results is important for construction sector. The hardened unit weight and compressive strength values varies from 928 kg/cm3 to 1600 kg/cm3, 1.24 MPa to 6.76 MPa for cement composites. The results also showed that 30% addition of Kantara powder can be used satisfactory in construction sector and 20% replacement of Kantara powder can be used satisfactory in construction sector. In concrete composites the compressive strength varies from 15.50 MPa to 42.50 MPa. Compressive strength test results for cement paste and concrete samples indicated that the engineering performance of the final product can be adequate for using them various civil engineering applications such as construction of structural fills, embankments, grouting injection, road bases and sub-bases. The usage of waste materials for the production of construction materials, brick, ceramic tile, paving stone and briquette has significant important role on the recycling waste materials in the construction materials production along with a great contributions to economy and ecology for the our country. Keywords: Marble dust, fly ash, bottom ash, Kantara powder, compressive strength, concrete, environmental pollution, cement paste. Özet Günümüzde mermer işletmelerinde açığa çıkan mermer tozları, uçucu küller, yer külleri ve puzolanlar çevre kirliliği ve doğal ekolojik yapının bozulması gibi ciddi sorunlara neden olmaktadır. Mermer tozu, uçucu kül, yer külü ve puzolanlı kompozitlerinin eski zamanlardan beri inşaat sektöründe yapı malzemesi olarak kullanıldıgı bilinmektedir. Bu çalışmanın amacı atık mermer tozu, uçucu kül, yer külü ve Kantara tozu kompozitlerinin inşaat sektöründe yapı malzemesi olarak kullanımını araştırmaktır. Bu çalışmada, değişik oranlarda çimento, kireç, mermer tozu, uçucu kül, yer külü, Kantara tozu vekimyasal katkı kullanalarak nihai ürünün yapı malzemesi olarak inşaat sektöründe kullanım olanağı araştırılmıştır. Bu çalışmanın yapılabilmesi için laboratuvar çalışması çimento hamuru ve beton olarak tasarlanmıştır. Üretilen kompozitler çevre dostu,ekolojik ve ekonomik olduğundan, ülke doğal kaynakların kullanılmasının sınırlandırılmasına da katkı sağlayacaktır. Doğal kaynakları sınırlı olan ülkemizde, alternatif ve geri kazanılmış ürünler kullanılmasının çevre dostu bu kompozitelerle sağlanması amaçlanmıştır. Bu çalışmada, atık malzemeler çimentonun ağırlığınca değişik oranlarda ikame edilerek çimento pastası hazırlanmış ve hazırlanan bu kompozitler yüksek sıcaklıklarda sinterlenerek 7 ve 28 günlük fıziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Beton karışımında ise karışımlara çimento ağırlığınca 10 %, 20 % ve 30 % oranında Kantara tozu ikame edilerek katkılı beton numuneleri üretilmiştir ve bu numunelerin 7 ve 28 günlük mekanik özellikleri belirlenmiştir. Bu karışımlar için iki tip çimento türü (32.5 N ve 42.5 R) kullanılmıştır. Tasarlanan karışımların fiziksel ve mekanik özellikleri incelendiğinde kompozitlerin bordür taşı, briket, büz, tuğla ve kiremit gibi yapı malzemelerinin üretiminde rahatlıkla kullanılabileceği tespit edilmiştir. Ayrıca Kantara tozunun beton üretiminde puzolanik katkı olarak kullanılabileceği saptanmıştır. Sertleşmiş birim ağırlık değerleri 928 kg/cm3 ile 1600 kg/cm3 ve basınç dayanım değerleri ise 1.24 MPa ile 6.76 MPa arasında değişmektedir. Kantara tozunun çimento ağırlığına % 30 eklenebileceği ayrıca % 20 oranında çimentodan azaltma yapılabileceği sonucuna varılmıştır. Çimento pastası ve beton numunelerinin basınç dayanım sonuçları incelendiğinde nihai ürünün performansının dolgu malzemesi, şev, enjeksiyon, karayolu üst ve alt tabakaları inşası gibi inşaat mühendisliği alanlarında kullanımının yeterli oldugu belirlenmiştir ve bu atık malzemelerin değerlendirilmesi ülke ekonomisine ve ekolojiye büyük katkı yapacağı düşünülmektedir. Anahtar sözcükler: Mermer tozu, uçucu kül, yer külü, Kantara tozu, basınç dayanımı, beton, çevre kirliliği, çimento pastası. '