The Mechanical properties and durability of high strength concrete with silica fume and fly ash

Abstract

ÖZET Bu çalışmada; çimentonun bir kısmı yerine ikame edilen siîika duman!, uçucu kü! ve hem silika dumanı hem de uçucu kül içeren yüksek dayanımh betonların mekanik özellikleri ve fiziksel ve kimyasal etkilere karşı dayanıklılığın saptanmasını içeren laboratııvar araştırmalarının sonuçlan sunulmuştur. Bu çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşama, çimento harçlarında maksimum dayanımı sağlayacak optimum silika tozu ve uçucu kül oranının saptanmasıdır. Harç karışımlarında temel girdiler PÇ 42.5, silika tozu ve uçucu küldür. Silika tozu Antalya ferrokrom tesislerinden, uçucu kül ise Soma B termik santralinden temin edilmişlerdir. Harç örneklerinde çimentonun yüzde 5,10,15,20,25,30,35 ve 40'ı oranlarında silika tozu veya uçucu kül çimento yerine ikame edildi. Çimento harçları üzerinde yapılan deneyler sonucunda çimento yerine katılacak optimum silika tozu oranı %30, uçucu kül oranı ise %25 olarak belirlendi ve çalışmanın ikinci aşaması için bu oranlar seçildi. Araştırmanın ikinci safhasında yaklaşık 50 mm çökme (slump) değerine sahip 7 farklı beton karışımı hazırlandı. Beton karışımları bir normal beton, bir katkısız yüksek dayanımh beton ve 5 adet siîika tozu, uçucu kü! ile silika tozu ve uçucu kül karışımlarını içeren yüksek dayanımh beton karışımlarından oluşmaktadır. Beton karışımlarının; basınç, eğilme, çekme dayanımları, elastisite modülleri, kapilarite ve permeabilite katsayıları, donma-çözülme ve yüzeysel aşınma gibi özellikleri belirlendi. Ayrıca değişik asit, sülfat, tuz çözeltilerinin yüksek dayanımh betonlar üzerindeki etkileri de incelendi. Bu deneyler sonucunda; genel olarak siîika tozu, uçucu kül ile silika tozu ve uçucu külün çimentoya karıştırılması ile yüksek dayanımh betonların fiziksel, mekanik özellikleri ve dayanıklılıklarında iyileşmeler belirlendi. Özellikle, puzolanik mineral katkıları içeren betonların tuz, sülfat, asit gibi kimyasal etkilere karşı dayanıklılığının katkısız yüksek dayanımh betonlara göre daha iyi olduğu görülmüştür.

ABSTRACT This study gives the results of laboratory investigations undertaken to determine the mechanical properties and durability behavior of high strength concretes incorporating silica fume, fly ash and silica fume-fly ash mixtures as supplementary cementing materials for partial replacement of cement. The study was conducted in two steps. First step was to establish the optimum contents of silica fume (SF) and fly ash (FA) to provide maximum strength of cement mortars. PC42.5, SF and FA were the basic ingredients of the mortar mixtures. SF was obtained from Antalya ferrosilicon-chromium manufacturing plant and fly ash was procured from Soma B power plant. SF and FA were replaced 5,10,15,20,25,30,35 and 40% of cement by volume for the SF-Mortars and FA-Mortars. Optimum replacement rates of 30% SF and 25% FA ratios were obtained from the mortar test results and were chosen for the second step of the study. In the second stage of the research, a series of seven different concrete mixtures including a normal concrete (NC) mixture, a high strength concrete (HSC) mixture, and five high strength concrete mixtures incorporating supplementary cementing materials (HSSFC, HSFAC, HSSF5FAC, HSSFI0FAC and HSSF15FAC), were manufactured with casted an slump of 50 mm. The compressive strength, flexural strength, splitting tensile strength, modulus of elasticity, wear resistance, freeze and thaw resistance, coefficient of permeability, water absorption by capillarity properties were determined for each mixtures. Also, the effects of salt, sulfates, and various types of acids solutions on the durability of high strength concretes were investigated. The test results generally indicated that the physical and mechanical properties and durability of high strength concretes improved considerably with the incorporation of SF and/or FA. Especially, HSC compositions with supplementary cementing materials exhibited better resistance to chemical attacks of salt, sulfates and acids than plain HSC specimens.