Design and mechanical properties of geopolymer pervious concrete pavement cured by ambient condition

Abstract

Beton üretmek için gerekli olan ana bağlayıcı malzeme portland çimentosudur. Portland çimentosu, küresel iklim değişikliğine önemli ölçüde katkıda bulunur, çünkü 1 ton çimento üretimi yaklaşık 1000 m3 karbondioksit üretir. Geopolimer beton, alümino-silikatların alkali aktivasyonu ile üretilir ve amorf ila yarı kristal bir yapıya sahiptir. Geçirgen bir beton kaplama, akışı toprağa sızmadan önce emerek depolar ve altında bir taş rezervuarda saklayabilir. Bu çalışma, uygun bir karışım miktarı geliştirerek geopolimer geçirimli beton üretmek için her iki malzemenin sahip olduğu iyi özelliklerden dolayı her iki malzemenin bir arada kullanılmasını ve ayrıca geopolimer geçirimli betonun özelliklerini de belirlemeyi amaçlamaktadır. Bu çalışma aynı zamanda iri agrega içeren geopolimer geçirimli beton karışımlarının geliştirilmesini de amaçlamaktadır. Çalışma beş aşamada yürütülmüştür. Birinci ve ikinci aşamada, geopolimer geçirimli betonun performansını etkileyen temel faktörler, yukarıda belirtilen parametrelere odaklanarak, doğal iri agrega (en fazla 14 mm ve 20 mm) kullanılarak araştırılmış, ardından referans karışımın uygun karışım oranlarına ulaşmak için sonuçlar incelenmiştir. Bu adımda, farklı oranlarda malzeme ile toplam 26 karışım hazırlanmıştır. Ekonomik amaçla, üçüncü dördüncü ve beşinci aşamada ithal edilen cüruf yerine Erbil cürufu kullanıldı ve doğal iri agrega kullanılmış olup (maksimum boyut 14 mm), bu da çeşitli oranlarda bileşen içeren toplam dört karışım ile sonuçlanmıştır. Bu mekanik özellik (basınç mukavemeti)'den türetilmiştir. En iyi geopolimer geçirimli beton karışımı seçildikten sonra, basınç dayanımı ve türü (geçirgen veya geçirimsiz) açısından en iyi karışım oranını elde etmek için toplam 10 geopolimer geçirimli beton karışımı hazırlanmıştır. Son olarak geopolimer geçirimli betondan en iyi karışım oranları elde edildikten sonra, akış testi, Boşluk yüzdesi, kuru yoğunluk, basınç dayanımı, elastisite modülü, yarmada çekme dayanımı ve eğilme dayanımı ve sızma hızı gibi mekanik özellikler belirlenmiş ve sonra ikinci kısımda Pervious Pave v1.0. programı kullanılarak yapısal ve hidrolojik tasarım yapılmıştır. Geopolimer geçirgen betonun sonucu, sırasıyla 325 kg/m3, 0.25,12 ve 1'lik cüruf içeriği, alkalin-cüruf oranı NaOH molaritesinin ve Na2SiO3-NaOH oranının 1 olduğunu göstermektedir. Basınç dayanımı 28 günlükken maksimum 40,17 MPa, boşluk % 15,37, fırın kuru yoğunluğu 1858 kg/m3, eğilme dayanımı 3.37 MPa yarma dayanımı 3,56 MPa, elastisite modülü 4,2 GPa ve sızma hızı 3545 mm/saat olarak elde edilmiştir.

The major binding material required to produce concrete is Portland cement. Portland cement contributes significantly in the global climate change, as the manufacture of 1 ton of cement generates nearly 1000 m3 of carbon dioxide. Geopolymer concrete is produced through the alkaline activation of alumino-silicates and it has an amorphous to semi-crystalline structure. A pervious concrete pavement absorbs and stores runoff before it infiltrates into the subsoil, and it may have an underlying stone reservoir. This study aims to use both materials together due to the good properties that both materials have for producing geopolymer pervious concrete by developing an appropriate mix quantity, also by determining the characteries of the geopolymer pervious concrete. This study also aims at developing geopolymer pervious concrete mixtures that contain coarse aggregate. The study was conducted in five phases. In the first- phase and second the key factors affecting the performance of geopolymer pervious concrete were investigated; focusing on the aforementioned parameters using natural coarse aggregate (max. size 14 mm and 20 mm) then the results in order to reach decent mix proportions of the reference mix. In this step a total of 26 mixes were prepared with different proportions of materials. For economical purpose, the Erbil slag was used instead of imported slag in the third fourth and fifth phase, and natural coarse aggregate was used (maximum size 14 mm), which resulted in a total of four mixes with varied proportions of components. This mechanical feature is derived from (compressive strength). After selecting the best mix of geopolymer pervious concrete, a total of 10 mixes of geopolymer pervious concrete were prepared to obtain the best mix proportion with regard to the compressive strength and type (pervious or non- pervious). Finally, after obtaining the best mix proportions from the geopolymer pervious concrete. Then the mechanical properties were founded such as Flow test, Void %, dry density, compressive strength, modulus of elasticity, splitting tensile strength, and flexural strength and infiltration rate and then the second part the design of structural and hydrological by Pervious Pave v1.0. program. The result of geopolymer pervious concrete show that slag content, alkaline -to-slag ratio NaOH molarity and Na2SiO3-to-NaOH ratio of 325 Kg/m3,0.25,12, and 1 respectively gave the best result. The compressive strength was achieved the maximum of 40.17 MPa at age of 28 days, void % 15.37, oven dry density 1858 kg/m3, flexural strength 3.37 MPa splitting strength 3.56 MPa, modulus of elasticity 4.2 Gpa and infiltration rate 3545 mm/h.