Experimental and analytical study on the performance of cementitious mixes containing different re-generated end of life materials

Name: Experimental and analytical study on the performance of cementitious mixes containing different re-generated end of life materials
Author: Mahmoudi, Matineh

İsim	Experimental and analytical study on the performance of cementitious mixes containing different re-generated end of life materials
Yazar	Mahmoudi, Matineh
Basım Tarihi:	2024-08-30T14:56:43Z
Konu	Cement, Analysis, Concrete, Concrete construction, Building materials, Civil engineering
Tür	Belge
Dil	İngilizce
Dijital	Evet
Yazma	Hayır
Kütüphane:	Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası	03d70b73-afce-4f61-982f-fc7eec9887af
Lokasyon	Department of Civil Engineering
Tarih	2024-08-30T14:56:43Z
Örnek Metin	Cement, which is one of the main constituents of conventional concrete, is being manufactured every day around the world. because of the large demand for the material, the industry is responsible for 8% of the total global man-made CO2 emission [1]. Thus, environmental considerations motivated researchers to find alternative replacements for cement in concrete that can reduce the harmful impacts of the concrete industry. Calcined clays are one group of Supplementary Cementitious Materials (SCMs); among them, metakaolin is the most reactive SCM recognized up to now [2]. However, due to its limited resources and uses in other industries, it has a relatively high price and it is not feasible to use it as a cement substitution in larger volumes. Therefore, treating and activating other potential materials in order to obtain an active cement replacement is the interest of many research projects nowadays. Due to their high alumina and silica content, concrete demolition waste and mineral demolition deposit quarries can be suitable SCM candidates for cementitious systems. When these raw materials and End of Life (EOL) products (such as marble dust from quarries) are used directly, they are not chemically involved in the hydration processes needed for the setting and hardening of concrete and only act as a filler. However, appropriate mechanical and thermal activation procedures can destabilize the pozzolanic-active phases in EOL materials, might contribute to the hydration reactions, and replace a considerable portion of OPC. Nevertheless, there is a knowledge gap in experimentally activating the EOL materials and investigating their effects on cementitious systems when included at high percentages. Thus, this study aims at understanding the performance of cementitious mixes containing regenerated EOL materials as SCMs up to 30% replacements. The influence of regenerated EOL materials was measured by fresh and hardened state tests, as well as durability assessments. The results showed that there was a general decrease in the workability and strength of EOL-containing samples, while the other results varied from one material to another. The experimental results were further used for generating analytical estimation models. The outcomes of this study will enable utilization of EOL materials which would decrease the environmental problems of landfill accumulation. This will also create economic value for these large amounts of waste material that previously had zero value, as well as decreasing energy consumption, CO2 emission, and the raw material costs of cement production. All of these factors contribute to the Horizon Europe targets in the European Energy Sustainability Initiative., Geleneksel beton üretiminin ana bileşenlerinden biri olan çimento, dünya çapında her gün milyonlarca ton üretilmektedir. Bu malzemeye olan büyük talep nedeniyle endüstrisi toplam küresel insan kaynaklı CO2 emisyonunun %8'inden sorumludur [1]. Bunun sonucunda oluşan çevresel kaygılar araştırmacıları beton endüstrisinin zararlı etkilerini azaltabilecek betonda çimento yerine kullanılabilecek alternatif kaynaklar bulmaya yöneltmiştir. Metakaolin gibi kalsine killer beton üretiminde çimento ikamesi için sıklıkla kullanılmaktadır [2]. Bununla birlikte, özellikle kaolin kaynaklarının sınırlı olması ve sınırlı kaynakları diğer endüstrilerdeki kullanımı nedeniyle, metakaolinin diğer alternatif pozolanik malzemelere nispeten daha yüksek bir fiyata sahip olmasına neden olmaktadır. Bu da daha büyük hacimlerde çimento ikamesi olarak kullanılmasına bir engel oluşturmaktadır. Bu nedenle, metakaoline gibi doğal bir puzolanik malzemeye alternatif potansiyel malzemelerin işlenmesi ve etkinleştirilmesi günümüzde birçok çalışmanın araştırma sorusudur. Yüksek alümina ve silika içerikleri nedeniyle, beton yıkım atıkları ve mineral yıkım depozit ocaklarından elde edilen atıklar metakaoline alternatif puzolanik malzemelerdirç Bu hammaddeler ve benzer Ömrünü Tamamlamış (ÖT) ürünler (taş ocaklarından elde edilen mermer tozu gibi) hiçbir işlem uygulanmadan doğrudan kullanıldığında, betonun priz alması ve sertleşmesi için gereken hidratasyon süreçlerine kimyasal olarak dahil olmazlar ve sadece dolgu maddesi olarak işlev görürler. Ancak, uygun mekanik ve termal aktivasyon prosedürleri ÖT malzemelerindeki puzolanik-aktif fazları aktive edebilir, hidratasyon reaksiyonlarına katkıda bulunabilir ve karışımda çimentonun önemli bir kısmının ikame edebilir. Bununla birlikte, ÖT malzemelerinin deneysel olarak etkinleştirilmesi ve yüksek oranlarda dahil edildiklerinde çimentolu sistemler üzerindeki etkilerinin araştırılması konusunda bir bilgi boşluğu bulunmaktadır. Bu çalışma, çimento miktarının bir kısmı rejenere edilmiş ÖT malzemeler ile ikame edilen içeren çimentolu karışımların performansını anlamayı değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Rejenere ÖT malzemelerinin etkisi, taze ve sertleşmiş durum testlerinin yanı sıra dayanıklılık değerlendirmeleri ile ölçülmüştür. Sonuçlar, ÖT içeren numunelerin işlenebilirliğinde ve dayanımında genel bir düşüş olduğunu, diğer sonuçların ise malzemeden malzemeye değiştiğini göstermiştir. Bu çalışmanın sonuçları, ÖT malzemelerinin çimento ikamesi olarak kullanımını mümkün kılacak ve atık depolama sahalarında biriken çevresel sorunları azaltacaktır. Bu aynı zamanda, daha önce sıfır değere sahip olan bu büyük miktardaki atık malzeme için ekonomik değer yaratacak ve enerji tüketimini, CO2 emisyonunu ve çimento üretiminin hammadde maliyetlerini azaltacaktır. Tüm bu faktörler, Avrupa Enerji Sürdürülebilirliği Girişimi'ndeki Horizon Europe hedeflerine katkıda bulunmaktadır.

Kaynağa git Özyeğin Üniversitesi

Aramaya Dön

Özyeğin Üniversitesi

Kaynağa git

Experimental and analytical study on the performance of cementitious mixes containing different re-generated end of life materials

Yazar Mahmoudi, Matineh

Basım Tarihi 2024-08-30T14:56:43Z

Konu Cement, Analysis, Concrete, Concrete construction, Building materials, Civil engineering

Tür Belge

Dil İngilizce

Dijital Evet

Yazma Hayır

Kütüphane Özyeğin Üniversitesi

Kayıt Numarası 03d70b73-afce-4f61-982f-fc7eec9887af

Lokasyon Department of Civil Engineering

Tarih 2024-08-30T14:56:43Z

Örnek Metin Cement, which is one of the main constituents of conventional concrete, is being manufactured every day around the world. because of the large demand for the material, the industry is responsible for 8% of the total global man-made CO2 emission [1]. Thus, environmental considerations motivated researchers to find alternative replacements for cement in concrete that can reduce the harmful impacts of the concrete industry. Calcined clays are one group of Supplementary Cementitious Materials (SCMs); among them, metakaolin is the most reactive SCM recognized up to now [2]. However, due to its limited resources and uses in other industries, it has a relatively high price and it is not feasible to use it as a cement substitution in larger volumes. Therefore, treating and activating other potential materials in order to obtain an active cement replacement is the interest of many research projects nowadays. Due to their high alumina and silica content, concrete demolition waste and mineral demolition deposit quarries can be suitable SCM candidates for cementitious systems. When these raw materials and End of Life (EOL) products (such as marble dust from quarries) are used directly, they are not chemically involved in the hydration processes needed for the setting and hardening of concrete and only act as a filler. However, appropriate mechanical and thermal activation procedures can destabilize the pozzolanic-active phases in EOL materials, might contribute to the hydration reactions, and replace a considerable portion of OPC. Nevertheless, there is a knowledge gap in experimentally activating the EOL materials and investigating their effects on cementitious systems when included at high percentages. Thus, this study aims at understanding the performance of cementitious mixes containing regenerated EOL materials as SCMs up to 30% replacements. The influence of regenerated EOL materials was measured by fresh and hardened state tests, as well as durability assessments. The results showed that there was a general decrease in the workability and strength of EOL-containing samples, while the other results varied from one material to another. The experimental results were further used for generating analytical estimation models. The outcomes of this study will enable utilization of EOL materials which would decrease the environmental problems of landfill accumulation. This will also create economic value for these large amounts of waste material that previously had zero value, as well as decreasing energy consumption, CO2 emission, and the raw material costs of cement production. All of these factors contribute to the Horizon Europe targets in the European Energy Sustainability Initiative., Geleneksel beton üretiminin ana bileşenlerinden biri olan çimento, dünya çapında her gün milyonlarca ton üretilmektedir. Bu malzemeye olan büyük talep nedeniyle endüstrisi toplam küresel insan kaynaklı CO2 emisyonunun %8'inden sorumludur [1]. Bunun sonucunda oluşan çevresel kaygılar araştırmacıları beton endüstrisinin zararlı etkilerini azaltabilecek betonda çimento yerine kullanılabilecek alternatif kaynaklar bulmaya yöneltmiştir. Metakaolin gibi kalsine killer beton üretiminde çimento ikamesi için sıklıkla kullanılmaktadır [2]. Bununla birlikte, özellikle kaolin kaynaklarının sınırlı olması ve sınırlı kaynakları diğer endüstrilerdeki kullanımı nedeniyle, metakaolinin diğer alternatif pozolanik malzemelere nispeten daha yüksek bir fiyata sahip olmasına neden olmaktadır. Bu da daha büyük hacimlerde çimento ikamesi olarak kullanılmasına bir engel oluşturmaktadır. Bu nedenle, metakaoline gibi doğal bir puzolanik malzemeye alternatif potansiyel malzemelerin işlenmesi ve etkinleştirilmesi günümüzde birçok çalışmanın araştırma sorusudur. Yüksek alümina ve silika içerikleri nedeniyle, beton yıkım atıkları ve mineral yıkım depozit ocaklarından elde edilen atıklar metakaoline alternatif puzolanik malzemelerdirç Bu hammaddeler ve benzer Ömrünü Tamamlamış (ÖT) ürünler (taş ocaklarından elde edilen mermer tozu gibi) hiçbir işlem uygulanmadan doğrudan kullanıldığında, betonun priz alması ve sertleşmesi için gereken hidratasyon süreçlerine kimyasal olarak dahil olmazlar ve sadece dolgu maddesi olarak işlev görürler. Ancak, uygun mekanik ve termal aktivasyon prosedürleri ÖT malzemelerindeki puzolanik-aktif fazları aktive edebilir, hidratasyon reaksiyonlarına katkıda bulunabilir ve karışımda çimentonun önemli bir kısmının ikame edebilir. Bununla birlikte, ÖT malzemelerinin deneysel olarak etkinleştirilmesi ve yüksek oranlarda dahil edildiklerinde çimentolu sistemler üzerindeki etkilerinin araştırılması konusunda bir bilgi boşluğu bulunmaktadır. Bu çalışma, çimento miktarının bir kısmı rejenere edilmiş ÖT malzemeler ile ikame edilen içeren çimentolu karışımların performansını anlamayı değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Rejenere ÖT malzemelerinin etkisi, taze ve sertleşmiş durum testlerinin yanı sıra dayanıklılık değerlendirmeleri ile ölçülmüştür. Sonuçlar, ÖT içeren numunelerin işlenebilirliğinde ve dayanımında genel bir düşüş olduğunu, diğer sonuçların ise malzemeden malzemeye değiştiğini göstermiştir. Bu çalışmanın sonuçları, ÖT malzemelerinin çimento ikamesi olarak kullanımını mümkün kılacak ve atık depolama sahalarında biriken çevresel sorunları azaltacaktır. Bu aynı zamanda, daha önce sıfır değere sahip olan bu büyük miktardaki atık malzeme için ekonomik değer yaratacak ve enerji tüketimini, CO2 emisyonunu ve çimento üretiminin hammadde maliyetlerini azaltacaktır. Tüm bu faktörler, Avrupa Enerji Sürdürülebilirliği Girişimi'ndeki Horizon Europe hedeflerine katkıda bulunmaktadır.