Badania właściwości mechanicznych betonu lekkiego zawierającego popiół lotny i kruszywo drobne w postaci kruszonych muszli

• Autorzy: Deng Peng , Zhou Yuhua , Wang Jinlei , Liu Yan , Wang Xuening , Tan Cong

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2024.29.5.3

Warianty tytułu

EN

Experimental study on the mechanical properties of lightweight aggregate concrete mixed with fly ash and shells

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W badaniach wykonano betony lekkie [LWAC] poprzez zastąpienie części cementu popiołem lotnym oraz zastąpienie części piasku rzecznego muszlami. Wpływ popiołu lotnego i muszli na właściwości mechaniczne betonu weryfikowano za pomocą badań wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na rozciąganie przy rozłupywaniu i wytrzymałości na zginanie. Ponadto analizowano mikrostrukturę betonów za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej. Wyniki badań wskazują, że zarówno wytrzymałość na ściskanie, jak i wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu zmniejszały się wraz ze wzrostem zawartości popiołu lotnego, ale spadek wynosił maksymalnie 1,4% i 3,1% względem próbki referencyjnej, gdy współczynnik zastąpienia popiołu lotnego wynosił 5%. Wraz ze wzrostem udziału muszli wytrzymałość na ściskanie i wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu betonu najpierw wzrastały, a następnie spadały, osiągając maksymalną wartość przy współczynniku zastąpienia 10 %. Optymalny udział procentowy popiołu lotnego i muszli dla LWAC wynosiły odpowiednio 5 % i 10 %. Wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu i wytrzymałość na zginanie betonów modyfikowanych przy optymalnym współczynniku podstawienia wyjściowych składników wzrosły odpowiednio o 2,7%, 0,6% i 4,6% w porównaniu z serią referencyjną. Współczynniki korelacji zależności wytrzymałości na ściskanie od wytrzymałości na rozciąganie przy rozłupywaniu i wytrzymałości na zginanie wynosiły odpowiednio 0,91 i 0,82. W końcowej części artykułu zaproponowano wzór obliczeniowy pokazujący zależność wytrzymałości na ściskanie od współczynnika podstawienia popiołem lotnym i współczynnika podstawienia muszlami na podstawie wzoru Bolomey’a. Współczynnik korelacji między wartością obliczoną a wartością eksperymentalną wynosił 0,91.

EN

In this study, lightweight aggregate concrete [LWAC] was prepared by partially replacing cement with fly ash and partially substituting river sand with shell. The effects of fly ash and shell on the mechanical properties of concrete were studied by compressive test, splitting tensile test and flexural test. In addition, the specimens were microscopically analyzed by SEM electron microscopy. The results showed that both the compressive strength and splitting tensile strength decreased gradually with the increase of fly ash replacement ratio, but the maximum reduction was only 1.4 % and 3.1 % when the fly ash substitution ratio was 5 %. With the increase of shell replacement ratio, the compressive strength and splitting tensile strength of concrete increased first and then decreased, reached their maximum value at a substitution ratio of 10 %. The optimum fly ash substitution ratio and shell replacement ratio for LWAC were 5 % and 10 %, respectively. The compressive strength, splitting tensile strength and flexural strength of the experimental group under the optimum substitution ratio increased by 2.7 %, 0.6 % and 4.6 %, respectively, compared to the control group. The correlation coefficients of compressive strength with split tensile strength and flexural strength were 0.91 and 0.82, respectively. Finally, a compressive strength calculation formula related to fly ash substitution ratio and shell replacement ratio was proposed based on the Bolomy formula, and the correlation coefficient between the calculated value and the experimental value was 0.91.

Słowa kluczowe

PL

popiół lotny; materiał odpadowy; muszla morska; beton lekki; właściwości mechaniczne; mikroskopia elektronowa skaningowa; model obliczeniowy

EN

fly ash; sea ​​shell; waste material; lightweight aggregate concrete; mechanical properties; scanning electron microscopy; calculation model

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 29, nr 5
• Strony: 375--393
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Deng Peng

• Shandong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, China
• College of Civil Engineering and Architecture, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, China

autor

Zhou Yuhua

• College of Civil Engineering and Architecture, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, China

autor

Wang Jinlei

• College of Civil Engineering and Architecture, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, China

autor

Liu Yan

• College of Civil Engineering and Architecture, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, China

autor

Wang Xuening

• College of Civil Engineering and Architecture, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, China

autor

Tan Cong

• Shandong Hi-speed Group Co Ltd, Jinan, China

Bibliografia

• 1. P. Chen, Z. Shi, S. Cao, P. Liu, X. Rong, L. Wang, Mechanical properties of alkali-activated slag lightweight aggregate concrete. J. Clean. Prod. 359. (2022). http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132136
• 2. J. Guo, K. Yuan, J. Xu, Y. Wang, D. Gan, M. He, The Workability and Mechanical Performance of Fly Ash Cenosphere-Desert Sand Ceramsite Concrete: An Experimental Study and Analysis. Materials 16(3), 1298 (2023). http://doi.org/10.3390/ma16031298
• 3. Z.T. Yao, X.S. Ji, P.K. Sarker, J.H. Tang, L.Q. Ge, M.S. Xia, Y.Q. Xi, A comprehensive review on the applications of coal fly ash. Earth Sci. Rev. 141, 105-121 (2015). http://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.11.016
• 4. Y. Gao, J. Long, H. Liu, H. Zhang, Y. Li, Mechanical performance and microstructure of fly ash lightweight aggregate concrete under sulfate attack. J. Build. Mater. 17(3), 389-395 (2014).
• 5. J. Patel, H. Patil, Y. Patil, G. Vesmawala, Strength and transport properties of concrete with styrene butadiene rubber latex modified lightweight aggregate. Constr. Build. Mater. 195, 459-467 (2019). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.092
• 6. X. Wang, X. Shen, Experimental study on strength of lightweight aggregate concrete with different contents of fly ash. Bull. Chinese Ceram. Soc. 30(1), 69-73 (2011). http://doi.org/10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2011.01.008
• 7. B.A. Tayeh, M.W. Hasaniyah, A.M. Zeyad, M.O. Yusuf, Properties of concrete containing recycled seashells as cement partial replacement: A review. J. Clean. Prod. 237, 117723 (2019). http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117723
• 8. E.-I. Yang, M.-Y. Kim, H.-G. Park, S.-T. Yi, Effect of partial replacement of sand with dry oyster shell on the long-term performance of concrete. Constr. Build. Mater. 24(5), 758-765 (2010). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.10.032
• 9. H. Chen, Y. Zeng, P. Chen, D. Zhong, Z. Lin, Effect and mechanism of oyster shell on permeability of C40 concrete. Concrete 2022(1), 101-105. (2022). http://doi.org/10.3969/j.issn.1002-3550.2022.01.023
• 10. D. Wang, Q. Zhao, C. Yang, Y. Chi, W. Qi, Z. Teng, Study on frost resistance and vegetation performance of seashell waste pervious concrete in cold area. Constr. Build. Mater. 265, 120758 (2020). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120758
• 11. K.H. Mo, U.J. Alengaram, M.Z. Jumaat, S.C. Lee, W.I. Goh, C.W. Yuen, Recycling of seashell waste in concrete: A review. Constr. Build. Mater. 162, 751-764 (2018). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.009
• 12. U.G. Eziefula, J.C. Ezeh, B.I. Eziefula, Properties of seashell aggregate concrete: A review. Constr. Build. Mater. 192, 287-300 (2018). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.096
• 13. T.-T. Chen, W.-C. Wang, H.-Y. Wang, Mechanical properties and ultrasonic velocity of lightweight aggregate concrete containing mineral powder materials. Constr. Build. Mater. 258, 119550 (2020). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119550
• 14. P. Shafigh, M.A. Nomeli, U.J. Alengaram, H.B. Mahmud, M.Z. Jumaat, Engineering properties of lightweight aggregate concrete containing limestone powder and high volume fly ash. J. Clean. Prod. 135, 148-157 (2016). http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.06.082
• 15. E. Güneyisi, M. Gesoglu, T. Özturan, S. İpek, Fracture behavior and mechanical properties of concrete with artificial lightweight aggregate and steel fiber. Constr. Build. Mater. 84, 156-168 (2015). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.03.054
• 16. B.A. Tayeh, M.W. Hasaniyah, A.M. Zeyad, M.M. Awad, A. Alaskar, A.M. Mohamed and R. Alyousef, Durability and mechanical properties of seashell partially-replaced cement. J. Build. Eng. 31, 101328 (2020). http://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101328
• 17. A.M. Maglad, M.A. Othuman Mydin, S. Dip Datta, B.A. Tayeh, Assessing the mechanical, durability, thermal and microstructural properties of sea shell ash based lightweight foamed concrete. Constr. Build. Mater. 402, 133018 (2023). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133018
• 18. G.O. Bamigboye, U.E. Okechukwu, D.O. Olukanni, D.E. Bassey, U.E. Okorie, J. Adebesin, K.J. Jolayemi, Effective Economic Combination of Waste Seashell and River Sand as Fine Aggregate in Green Concrete. Sustainability, 14(19), 12822 (2022). http://doi.org/10.3390/su141912822
• 19. C. Varhen, S. Carrillo, G. Ruiz, Experimental investigation of Peruvian scallop used as fine aggregate in concrete. Constr. Build. Mater. 136, 533-540. (2017). http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.01.067
• 20. G.O. Bamigboye, O. Okara, D.E. Bassey, K.J. Jolayemi, D. Ajimalofin, The use of Senilia senilis seashells as a substitute for coarse aggregate in eco-friendly concrete. J. Build. Eng. 32, 101811 (2020). http://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101811
• 21. F.Z. Melais, K. Dorbani, N. Arabi, D. Achoura, The use of marine seashells as aggregates in pervious concretes. Cem. Wapno Beton 28(2) 76-91 (2023). http://doi.org/10.32047/cwb.2023.28.2.2
• 22. A. Hart. Mini-review of waste shell-derived materials’ applications. Waste Manag Res, 38(5), 514-527. (2020). http://doi.org/10.1177/0734242X19897812
• 23. E.-I. Yang, S.-T. Yi and Y.-M. Leem, Effect of oyster shell substituted for fine aggregate on concrete characteristics: Part I. Fundamental properties. Cem. Concr. Res. 35(11), 2175-2182 (2005). http://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.03.016
• 24. Y. Zhou, G. Wu, X. Zheng, J. Xu, S. Wang, Y. Huang, R. Bi, Research on the influence mechanism of oyster shells used as partial aggregate replacement in concrete. Concrete 2021(1), 73-76 (2021).
• 25. J. Xiao, Y. Huang, Residual Compressive Strength of Recycled Concrete after High Temperature. J. Build. Mater. 2006(3), 255-259 (2006).
• 26. Y.K. Zhang, Y.C. Wang, X.L. Wu, Experimental Study on Compressive Strength and Flexural Strength of Combined Aggregate Concrete. Adv. Mater. Res. 1065-1069, 1899-1902 (2014). http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1065-1069.1899
• 27. X. Li. Study on Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete (II). J. Build. Mater. 2007(6), 699-704 (2007).
• 28. Q. Yang, X. Wu, L. Zhang. Two Variable Strength Formula of Fly Ash Concrete. J. Build. Mater. 2002(2), 186-189 (2002).
• 29. S. E. Hedegaard, T. C. Hansen, Modifed water/cement ratio law for compressive strength of fly ash concretes. Mater. Struct. 25, 273-283. (1992).
• 30. L.F. Yang, R. Cai, B. Yu, Investigation of computational model for surface chloride concentration of concrete in marine atmosphere zone. Ocean Eng. 138, 105-111 (2017). http://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.04.024

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025)