Effect of foundry sand and mineral admixtures on mechanical properties of concrete

Foundry sand waste can be utilized for the preparation of concrete as a partial replacement of sand. The strength properties of M25 grade concrete are studied with different percentages of replacement of fine aggregates by foundry sand at 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%. The optimum percentage of foundry sand replacement in the concrete corresponding to maximum strength will be identified. Keeping this optimum percentage of foundry sand replacement as a constant, a cement replacement study with mineral admixtures such as silica fume (5%, 7.5%, 10%) and fly ash (10%, 15%, 20%,) is carried out separately. The maximum increase in strength properties as compared to conventional concrete was achieved at 40% foundry sand replacement. Test results indicated that a 40% replacement of foundry sand with silica fume showed better performance than that of fly ash. The maximum increase in strengths was observed in a mix consisting of 40% foundry sand and 10% silica fume. SEM analysis of the concrete specimens also reveals that a mix with 40% foundry sand and 10% silica fume obtained the highest strength properties compared to all other mixes due to the creation of more C-H-S gel formations and fewer pores.

Ze względu na swoją przewodność cieplną, piasek jest używany od wieków jako materiał formierski w przemyśle odlewniczym wykorzystującym metale żelazne i nie żelazne. Odlewnie z powodzeniem wielokrotnie przetwarzają i ponownie wykorzystują piasek. Jeśli piasek nie może być ponownie użyty w odlewni, wówczas jest on usuwany z odlewni i określany jako ZUŻYTY PIASEK ODLEWNICZY (UFS) lub ODPADOWY PIASEK ODLEWNICZY (WFS). Takie odpady zużytego piasku odlewniczego mogą być wykorzystywane w procesie przygotowywania betonu w ramach częściowej wymiany piasku. W celu zbadania możliwości wykorzystania zużytego piasku odlewniczego jako częciowego zamiennika dla drobnego kruszywa, przeprowadzono badanie eksperymentalne. Właściwości wytrzymałościowe, takie jak wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na zginanie betonu klasy M25 są badane z zastosowaniem różnego procentowego zastąpienia drobnego kruszywa zużytym piaskiem odlewniczym, przy wartościach 0%, 10%, 20%, 30%, 40% i 50%. Określona zostanie optymalna zawartość procentowa zużytego piasku odlewniczego w betonie, odpowiadająca maksymalnej wytrzymałości. W celu utrzymania takiej optymalnej zawartości procentowej w odniesieniu do takiej wymiany zużytego piasku odlewniczego przeprowadzane są badania wymiany cementu z domieszkami, takimi jak popiół lotny (10%, 15%, 20%) oraz pył krzemionkowy (5%, 7,5%, 10%), oddzielnie dla właściwości wytrzymałościowych betonu. W ramach powyższych badań, określono maksymalną wytrzymałość betonu odpowiadającą wymianie pyłu krzemionkowego i popiołu lotnego. Zaobserwowano, że maksymalny wzrost właściwości wytrzymałościowych w porównaniu do konwencjonalnego betonu został osignity przy 40% zastpieniu zuytego piasku odlewniczego. Maksymalny wzrost wytrzymałości zaobserwowano w mieszaninie składającej się z 40% piasku odlewniczego z 10% zawartością pyłu krzemionkowego. Analiza SEM próbek betonu pokazuje również, że mieszanina z 40% zawartością piasku odlewniczego oraz 10% zawartością pyłu krzemionkowego uzyskała najwyższe właściwości wytrzymałościowe w porównaniu do wszystkich innych mieszanin, ze względu na tworzenie większej ilości form żelowych C-H-S i mniejszej ilości porów.