Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Performance based concrete mix-design: aggregate and micro mortar optimization applied on self-compacting concrete containing fly ash
2008 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

This thesis is dealing with the field of self-compacting concrete (SCC). SCC is supposed to fill the form properly and enclose the reinforcement without any external vibration. The fresh properties of such a concrete are thus essential. SCC was first introduced in Japan in the middle of 1980th. Due to the high demands on its fresh properties, the mix-design process is more complex for SCC than for normal vibrated concrete and generally, it has higher content of powder materials, such as cement and mineral additives. In this thesis, a performance based mix-design method is proposed. Performance based means that concrete shall be composed regarding the properties of available materials and due to the properties of the element to be cast. The main objective with performance based concrete mix-design is to utilize the properties of the available materials to increase the cost- effectiveness in concrete production. The main part of the thesis has been to propose how available materials can be combined, due to their specific properties, for further use in concrete. The material selection shall, in addition to the material related properties, be based on the performance of the structural element to be cast. In the thesis, a method to choose an appropriate micro mortar is presented as well as how an appropriate aggregate grading curve can be combined based on material related properties. To fully utilize the potential of the suggested method, a connection parameter between micro mortar and aggregates is introduced. A structured method for how decisions can be made, based on results from micro mortar tests and aggregate optimization tests, to compose a SCC mix that is appropriate for its specific field of application is suggested. SCC has a relatively high content of powder materials. In addition to cement, lime-stone filler or fly ash is often used. Fly ash is an industrial by-product from coal-fired power stations and it has been proven to be a sufficient concrete making material when replacing cement in varying amounts. Swedish concrete producers do not have a tradition in using fly ash in any wider extension because of the lack of nationally produced fly ashes. However, there is an increasing interest to use more fly ash as filler material in concrete in Sweden. Fly ash is a pozzolnaic material, which means that it will influence the young and hardened properties. This thesis contains an investigation of the effect of fly ash on the hardening properties. A numerical prediction model for heat development and strength growth is presented. The prediction model will for instance facilitate the possibility to calculate appropriate form removal times for concrete with different water to powder ratios containing varying amounts of fly ash. In addition, the risk for early thermal cracking of concrete containing fly ash in varying amounts has been investigated. It was concluded that mixes containing fly ash and limestone filler have an increased early-age creep. It was also concluded from a numerical stress analysis that the risk for early age through cracks is significantly decreased for mixes containing fly ash. The estimated risk for surface cracks was not improved by an incorporation of fly ash. The estimated risk for surface cracks for concrete containing limestone filler was significantly lower in comparison to the other tested mixes, i.e. Portland cement concrete and concrete containing fly ash, which might be a combined effect from moderate heat development and increased early-age creep.

Abstract [sv]

Självkompakterande betong (SKB) skall fylla formen och omsluta armeringen utan yttre vibrering. SKB introducerades i mitten av 1980-talet och Japan var pionjärer inom området. För att SKB skall kunna flyta ut ordentligt utan att ballasten separerar så ställs det höga krav på den färska betongen. Den största skillnaden mellan SKB och normal-vibrerad betong nämns ofta som lägre vatten pulver tal, större andel cementpasta, lägre andel grovballast samt inblandning av effektiva superplastiserare. Mycket forskning har bedrivits inom området sedan SKB introducerades för första gången, och flertalet proportionerings metoder har utvecklats genom åren. I den här avhandlingen ges ett förslag på hur man kan välja tillgängligt material på bästa möjliga sätt så att det passar det tänkta tillämpningsområdet, s.k. utförandebaserad optimering. Syftet med utförandebaserad optimering är att tillvarata egenskaperna från det tillgängliga materialet på bästa möjliga sätt.Metodiken bygger på enkla verktyg för att karakterisera egenskaper som är av vikt för den färska betongblandingen. En metodik för finbruksoptimering tillsammans med en metod för hur man kan välja en lämplig graderingskurva föreslås. Resultaten från dessa två kopplas sedan samman med en föreslagen kopplingsparameter, vilken möjliggör en direkt översättning mellan finbruksfasen och den valda graderingen. En strukturerad metod föreslås för hur delmaterialen kan sättas samman utifrån tillämpningsområdet samt hur justeringar kan göras för att förändra de färska egenskaperna. Självkompakterande betong innehåller en relativt hög andel finpulvrigt material, tex. kalkstensfiller, silika eller flygaska. Flygaska är en mineralprodukt som uppstår vid koleldning vid el- och värmeproduktion. Flygaskans sfäriska och släta partiklar i kombination med dess låga densitet har visat sig ha fördelaktiga egenskaper i den färska betongen. Flygaska har inte varit särskilt vanligt vid svensk betongtillverkning, främst på grund liten inhemsk produktion av högkvalitativ flygaska. Intresset för flygaska har dock ökat under de senaste åren. Då flygaska har pozzolana egenskaper så kommer dess inblandning i betong att påverka de unga och mogna egenskaperna.Den här avhandlingen inkluderar en undersökning av flygaskans inverkan på egenskaperna i den unga betongen. En numerisk tendensmodell är etablerad, vilken gör det möjligt att prediktera värme- och hållfasthetsutveckling i en betong innehållande flygaska i varierande mängd samt för varierande vattencementtal. Det möjliggör beräkningar av t.ex. formrivningstid eller åtgärder för att förhindra tidig frysning då flygaska används. Risken för tidiga temperatursprickor hos betong innehållande flygaska har även testats. Resultaten visar att risken för genomgående sprickor minskar signifikant för betong innehållande flygaska i jämförelse med betong tillverkad av endast Portland cement. Risken för tidiga ytsprickor blir dock inte förbättrad med inblandning av flygaska.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2008. , 190 p.
Series
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544 ; 2008:49
Research subject
Structural Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-18365Local ID: 83bbab10-a431-11dd-8802-000ea68e967bOAI: oai:DiVA.org:ltu-18365DiVA: diva2:991373
Note
Godkänd; 2008; 20081027 (ysko)Available from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(17939 kB)3 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 17939 kBChecksum SHA-512
0f50944c041e14ef2226c39fd32feca26a5de49752d3c61a221ed58c282b9b41d1bc1135b4ba5a017b8c9421ed9b227fec2f4426912aedd5bd140a212fb5329f
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Utsi, Sofia

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 3 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 18 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link