Effect of Marble Powder Waste as a Partial Replacement of Cement on Fresh and Mechanical Properties of Self Compacted Mortar

Abstract

Self-compacting concrete and mortar have revolutionized the construction sector but are more expensive to produce due to higher cement consumption and additives. To reduce the cost, cement can be replaced by CRMs. In this study, the main focus was to produce a high quality together with environmentally friendly self-compacting mortar. For this purpose, MD as CRM was employed at 0, 5, 10, 15, 20, and 30% fractions for both NSC and HSC series with w/c ratios of 0.50 and 0.38, respectively. Fresh properties of SCM were evaluated by slump flow, flow rate, consistency retention, air content (%), and setting time. While the hardened properties of SCM were assessed by unit weight, compressive, splitting tensile, flexural strengths, water absorption, drying shrinkage, and heat degradation at (100 ºC, 200 ºC) which evaluated by the change in compressive strength, rebound number by Schmidt hummer, and UPV by pundit. Observed data indicates that the spreading flow and the air content (%) were decreased with increasing the replacement level, while the flow rate T20, and setting time were increased. The lowest spread flow, and air content (%) were found at a 30% replacement level. Similarly, the lowest prolonging in flow rate T20, and setting time were found at a 5% replacement level compared to the control mix. Moreover, there was a decline in unit weight, strength values, and drying shrinkage. While there was an increase in water absorption when increasing the replacement level. The lowest decrease in unit weight, compressive, splitting, and flexural strengths compared to the control mix was at 5% MD for both NSCM and HSCM series. Likewise, the lowest reduction in the drying shrinkage was found at a 15% replacement level for both NSCM and HSCM series. Furthermore, a satisfactory mortar quality with MD before and after heat exposure was demonstrated by Pundit test results. After exposure to the heat of 100 and 200 degree centigrade, a decrease in compressive strength, Schmidt hummer, and UPV were noted. Keywords: Marble Dust (MD), Cement Replacement Materials (CRM), Normal Strength Self-Compacted Mortar (NSCM), High Strength Self-Compacted Mortar (HSCM), Workability, Mechanical Properties, Durability.Kendiliğinden yerleşen beton ve harç, inşaat sektöründe devrim yaratmış, ancak daha yüksek çimento tüketimi ve katkı maddeleri nedeniyle üretimi daha pahalı olmuştur. Öte yandan maliyeti düşürebilmenin yollarından birisi de çimentonun kullanımını azaltmak ve yerine ek malzeme kullanımı olabilmektedir. Bu çalışmanın ana odak noktası ise çevre dostu kendinden yerleşen harç ile birlikte yüksek kalitede bir ürün üretmekti. Bu sebeple kullanılan çimento %0, 5, 10, 15, 20 ve 30 oranlarında mermer tozu ile yer değiştirilerek normal ve de yüksek mukavemetli kendiliğinden yerleşen ve su/çimento oranı 0.5 ile 0.38 olan harçlar üretilmiştir. Kendiliğinden yerleşen harçların sertleşmeden önceki özellikleri, yayılma akışı, akış hızı, tutarlılık koruması, hava içeriği (%), ve sertleşme süresi değerlendirilmiştir. Kendiliğinden yerleşen harçların sertleşmiş özellikleri ise birim ağırlık, basınç dayanımı, çekme dayanımı, eğilme dayanımı, su emme, kuruma çekmesi ve çeşitli sıcaklıklarda (100ºC, 200ºC) ısıl bozulma özellikleri değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler, basınç dayanımındaki değişim, Schmidt çekiç ile geri tepme sayısı ve pundit ile ultrason geçiş hızı kullanılarak yapılmıştır. Gözlemlenen veriler, değiştirme seviyesinin artmasıyla yayılma akışının ve hava içeriğinin (%) azaldığını, ancak akış hızı T20'nin ve sertleşme süresinin arttığını göstermektedir. En düşük yayılma akışı ve hava içeriği (%) değerleri, %30 değiştirme seviyesinde bulunmuştur. Benzer şekilde, kontrol karışımına kıyasla %5 değiştirme seviyesinde, akış hızı T20'nin ve sertleşme süresinin en az arttığı görülmüştür. Ayrıca birim ağırlık, dayanım değerleri ve kuruma çekmesinde bir azalma, değiştirme seviyesi arttıkça su emme oranında ise bir artış meydana gelmiştir. Hem normal hem de yüksek mukavemetli kendiliğinden yerleşen harç serileri için kontrol karışımına kıyasla, birim ağırlık, basınç dayanımı, çekme dayanımı ve eğilme dayanımında en düşük azalma oranı %5 mermer tozu oranında kaydedilmiştir. Benzer şekilde, kuruma çekmesindeki en düşük azalma oranı normal hem de yüksek mukavemetli kendiliğinden yerleşen harç serileri için %15 değiştirme seviyesinde bulunmuştur. Ayrıca, Pundit test sonuçları, ısıya maruz kalma öncesi ve sonrasında mermer tozu ile tatmin edici bir harç kalitesini göstermiştir. Sıcaklıkları 100°C ve 200°C'ye maruz kalındığında ise, basınç dayanımında, Schmidt çekicinde ve ultrason darbe hızında bir azalma tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Mermer Tozu, Çimento Yerine Kullanılan Malzemeler (CRM), Normal Dayanımlı Kendiliğinden Yerleşebilen Harç, Yüksek Dayanımlı Kendiliğinden Yerleşebilen Harç, İşlenebilirlik, Mekanik Özellikler, Dayanıklılık