University of Oulu

Mechanical properties and drying shrinkage of fibre-reinforced alkali activated fly ash/slag binder s using ceramic waste aggregate

Saved in:
Author: Naalisvaara, Mikko1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, )
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201805221855
Language: English
Published: Oulu : M. Naalisvaara, 2018
Publish Date: 2018-05-22
Thesis type: Bachelor's thesis
Description:
Ordinary Portland Cement (OPC), one of the most used construction materials, is a significant contributor to greenhouse gas emissions, such as carbon dioxide. The manufacturing process of OPC requires large amounts of energy and it consumes Earth’s natural resources at a high rate. New methods to replace OPC have been developed for a few decades now, and one of the promising method is a class of materials known as alkali-activated materials (AAM). AAM’s require less raw resources to manufacture, due to utilizing various industrial by-products, such as blast furnace slag and fly ash. One-part alkali-activated binders require only dry materials that can be mixed and water is being added to the binder as the last step. This makes them easy to handle and transport. In this thesis, experiments regarding the mechanical properties and drying shrinkage were conducted on a set of different samples, including different fly ash-slag mix compositions and fibre combinations. Crushed ceramic waste was used as an aggregate, because it is currently a form of waste with very little use. It was found that using 40 % slag and 50 % fly ash was a desirable mix composition, and so it acted as the reference for fibre-reinforced mix compositions. Polypropylene (PP), basalt (Ba) and polyvinyl alcohol fibres (PVA) were tested in different combinations, with the total amount of fibres in each specimen at 1,5% (total volume). Results showed that generally the addition of fibres increased the total flexural strength. Freeze-thaw test results showed that flexural strength loss was lower with fibre-reinforced samples, and compressive strength generally isn’t negatively affected. Hybrid fibre mixtures showed the most promising results in terms of reducing drying shrinkage rate.
see all

Portlandsementti, eräs yleisimmistä rakennusmateriaaleista, on merkittävä kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttaja. Portlandsementin valmistusprosessi käyttää paljon energiaa, ja se kuluttaa maapallon luonnonvaroja hälyttävällä tahdilla. Uusia materiaaleja, joilla Portlandsementti voitaisiin korvata, ollaan tutkittu ja kehitelty jo vuosikymmeniä, ja eräs lupaavista ehdokkaista on alkali-aktivoidut materiaalit. Näiden valmistaminen ei vaadi paljoa luonnonvaroja, sillä useita teollisuuden sivutuotteita voidaan hyödyntää lähes suoraan raaka-aineina, kuten masuunikuonaa ja lentotuhkaa. Lisäksi alkali-aktivaatioreaktio on huomattavasti Portlandsementin valmistuksessa tarvittavia kemiallisia reaktioita ympäristöystävällisempi. Yksi-osaiset alkali-aktivoidut sideaineet ovat kiinteässä muodossa veden lisäämiseen asti, joten niitä on helppoa ja turvallista käsitellä ja kuljettaa. Tässä työssä suoritettiin kokeita, joiden avulla mitattiin erään alkali-aktivoiduista sideaineista valmistetun betonin mekaanisia ominaisuuksia, sekä kuivumisen aiheuttamaa kutistumista. Kokeissa tutkittiin optimaalista lentotuhkan ja masuunikuonan välistä suhdetta, sekä kolmen erilaisen kuidun vaikutusta lisäaineena. Rakenneaineena käytettiin keraamista jätettä, eli posliinia, joka murskattiin haluttuun raekokoon leukamyllyllä. Jätteenä posliini on huono kierrätettävä, joten sille mahdollisten käyttötarkoituksien löytäminen on tärkeää. Tulosten perusteella betonin pohjaksi valittiin lentotuhka-masuunikuonasuhteeltaan 40/50 koostuva variantti. Polypropyleeni- (PP), basaltti- (Ba) ja polyvinyylialkoholikuituja (PVA) testattiin eri suhteissa niin, että niiden kokonaisosuus aineen tilavuudesta oli 1,5 %. Tulosten mukaan yleisesti kuitujen lisääminen lisäsi näytteiden taivutuslujuutta. Jäätymis-sulamissyklit heikensivät kuidullisia näytteitä enemmän kuin kuiduttomia taivutuslujuustestissä, mutta puristuslujuudessa vaikutusta ei juurikaan havaittu. Kuivumisen aiheuttama kutistuminen vaihteli eri kuituyhdistelmien välillä, mutta yleisesti ottaen kuituyhdistelmät yksittäisten kuitujen sijaan aiheuttivat vähiten kutistumista.
see all

Subjects:
Copyright information: © Mikko Naalisvaara, 2018. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.