Optimizing fiber-reinforced lightweight high-strength concrete: The role of coconut shells, ground granulated blast-furnace slag, and basalt fiber in low cement content mixes
Lif Takviyeli Hafif Yüksek Dayanımlı Betonun Optimizasyonu: Düşük Çimento İçerikli Karışımlarda Hindistan Cevizi Kabuğu, Öğütülmüş Yüksek Fırın Cürufu ve Bazalt Lifinin Rolü
- Tez No: 938086
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HUZAIFA BIN HASHIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıtı Malaya Um
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hafif agregalı betona (HAB) olan talep, yapıların ölü ağırlığını azaltırken mukavemet, dayanıklılık ve maliyet etkinliğini koruma potansiyeli nedeniyle inşaat sektöründe artmaktadır. Bu çalışma, kaba hafif agrega olarak hindistan cevizi kabuğu (HCK) ve yüksek hacimli ıslak öğütümden geçmiş ultra ince öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufunu (İÖGYFC) entegre ederek HAB tasarlamak için bir yöntem önermektedir. Granüle yüksek fırın cürüfunun (GYFC) ıslak öğütülmesi, parçacık boyutunun azaltılması ve iyileştirilmiş hidratasyon özelliği ile yüksek hacimli çimento ikamesi sağlama ve aynı anda harç formunda yoğunluğu azaltma konusunda büyük potansiyel göstermiştir. Ayrıca, İÖGYFC bulamacının hidratasyon reaktivitesinin etkinliğini artırmak için GYFC tozu ve öğütme ortamı hacimlerinin öğütme kabı hacmine oranları incelenmiştir. HAB karışım tasarımını optimize etmek için, beton karışımının paketleme yoğunluğunu ve boşluk oranını tahmin etmek için bir parçacık paketleme modeli kullanılmıştır. Çalışma, agrega fazında farklı HCK ve maden kumu boyutlarının hacim içeriğinin optimize edilmesinin paketleme yoğunluğunu önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir. Agrega fazının ve tüm beton karışımının daha yüksek paketleme yoğunluklarının, daha az gözenekli ve daha sıkıştırılmış bir beton matrisi ile sonuçlanan daha düşük boşluk hacimlerine yol açtığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, ince ve toz malzeme içeriğinin dahil edilmesinin, paketleme yoğunluğunu artırmak için etkili bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır; bu da boşluk doldurma kapasitesini artırmış ve betonu güçlendirmiştir. Optimum karışım tasarımı, paketleme yoğunluğu yöntemi kullanılarak belirlendi ve Bazalt Elyafın (BE) etkisi çeşitli seviyelerde (0%, 0,15% ve 1%) araştırıldı. Normal ağırlıktaki beton (NAB) ile farklı BF içeriklerine sahip seçilmiş HAB karışımları arasında maliyet, CO2 emisyonları, doymuş yüzey kuru yoğunluğu, yüzey çatlak koşulları, su emilimi ve gözeneklilik, emicilik, basınç ve eğilme performansları açısından karşılaştırmalı bir analiz yapıldı. Sonuçlar, BE'nin karışıma dahil edilmesi durumunda İÖGYFC ile birlikte HAB'nin mekanik özellikleri üzerinde önemli bir olumlu etkiye sahip olduğunu ortaya koydu. Karışıma %1 BE eklenmesi, lifsiz HAB'ye kıyasla üstün mekanik ve taşıma özellikleri gösterdi ve BE'nin yüksek dayanımlı HAB'nin özelliklerini geliştirmedeki önemini vurguladı. Bu araştırmanın önemli bir bulgusu olarak, sadece 284 kg/m3 çimento içeren 1864 kg/m3 yoğunluğa sahip bir C30 sınıf HAB üretildi. Tüm bu yaklaşımları ve çimentoda %40 azalma ile çevreci, yüksek dayanımlı HAB uygulamalarını göz önünde bulundurduktan sonra daha düşük CO2 emisyonuna sahip ve düşük üretim maliyetli bir alternatif haline getirme potansiyeli göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The demand for lightweight aggregate concrete (LWAC) has been growing in the construction industry due to its potential to reduce the dead weight of structures while maintaining strength, durability, and cost-effectiveness. This study proposes a method to design LWAC by integrating coconut shell (CS) as coarse lightweight aggregate and a high volume of wet-grinded ultrafine ground granulated blast furnace slag (UGGBS). The wet grinding of GGBS has shown great potential for providing high-volume cement replacement with reduced particle size and an improved hydration property while simultaneously decreasing the density in slurry form. Also, to increase the effectiveness of the hydration reactivity of UGGBS slurry, the ratios of GGBS powder and grinding media volumes to the grinding chamber volume were examined. To optimize the mix design of LWAC, a particle packing model was employed to estimate the packing density and void ratio of the concrete mixture. The study has demonstrated that optimizing the volume content of different CS and mining sand sizes can significantly improve packing density. It is observed that higher packing densities of the aggregate phase and the entire concrete mix lead to reduced void volumes, resulting in a less porous and more compacted concrete matrix. Furthermore, the inclusion of fines and powder content has proven to be an effective method for increasing packing density, which in turn enhances the void-filling capacity and strengthens the concrete. The optimal mix design was determined using the packing density method, and the impact of Basalt Fiber (BF) was investigated at varying levels (0%, 0.15%, and 1%). A comparative analysis was made between normal weight concrete (NWC) and the selected LWAC mixtures with different BF contents in terms of cost, CO2 emissions, saturated surface dry density, surface crack conditions, water absorption and porosity, sorptivity, compressive and flexural performances. The results revealed that the incorporation of UGGBS had a substantial positive impact on the mechanical properties of LWAC when BF was incorporated into the CS lightweight concrete mixture. Including 1% BF in the mix demonstrated superior mechanical and transport properties compared to non-fibrous LWAC, highlighting the significance of BF in enhancing the characteristics of high-strength LWAC. As a significant finding of this research, a grade 30 LWAC with a demoulded density of 1864 kg/m3 containing only 284 kg/m3 cement was produced. After considering all these approaches and implementations of green high-strength LWAC with a %40 reduction in cement, there are lower CO2 emissions and reduced manufacturing costs, making it an alternative choice for production.
Benzer Tezler
- Karbon esaslı lifli polimerler (cfrp) ile güçlendirilmiş numunelerin kuşatma katsayısının yapay sinir ağları ve bulanık mantıkla belirlenmesinde sinir sayılarının-katmanlarının ve üyelik-durulaştırma fonksiyonlarının etkileri
Effect of number of neurons and layers in artificial neural network and membership and defuzzification functions on fuzzy logic for prediction of lateral confinement coefficient of carbon fiber reinforced polymer (cfrp) strengthened columns
ESENGÜL KAYNAR
- Performance analysis of carbon fiber reinforced polymer against bird strike
Karbon fiber takviyeli polimerin kuş çarpmasına karşı performans analizi
AHMET GÜLDAĞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Ankara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Peridinamik yaklaşım ile eş yönlü fiber takviyeli karma malzemelerin mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the mechanical behavior of unidirectional fiber-reinforced composites by using peridynamic approach
ENES OCAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Investigation of the impact behavior of sandwich composites
Sandviç kompozitlerin darbe davranışının incelenmesi
DALYA FADIL
- Eklemeli imalat ile üretilmiş sandviç kompozit kirişlerin mekanik analizi
Mechanical analysis of sandwich composite beams manufactured by additive manufacturing
MUTTALİP ESAD YAVUZ