SPECIFIC GRAVITY OF COCONUT SHELL 

Use of Coconut Shell as Coarse Aggregate In Concrete. Using 1:2:4 proportions, it is found that the density and strength characteristics of concrete produced by volume replacement of 20%, 30%, 40%, 50% and 100% replacement of crushed granite with coconut shells were investigated. It was concluded that

1.  Increase in percentage replacements by coconut shells reduced the strength and density of concrete.

2.  With the exception of complete replacement, 20%, 30%, 40%, and 50% replacement of crushed granite by coconut shells can be used in producing lightweight concrete.

3.  18.5% replacement of crushed granite with coconut shells can be used to produce structural concrete per the requirements. 

4. Coconut shells can be used as partial replacement of crushed granite or other conventional aggregates in reinforced concrete construction. 

5. Coconut shell can be used as partial replacement of coarse aggregate in concrete.

       At M-25 mix design it was reported development of the mix design of lightweight aggregate concrete using Coconut shell aggregate (CSA) as coarse aggregate together with cement and river sand. The compressive strength after 28 days was found to be in the ranges between 4.9 N/mm2 - 23.5 N/mm2 under water curing. The test results shows that concrete using coconut shell aggregate has resulted in acceptable strength required for structural lightweight concrete. It is concluded that the lightweight concrete developed from CSA aggregate can be used for both structural and non-structural applications. This study was carried out to determine the possibilities of using coconut shell as aggregate in concrete. They concluded water absorption of the coconut shell aggregate was high about 24 % but the crushing value and impact value was comparable to that of other lightweight aggregates. The average fresh concrete density and 28-day cube compressive strength of the concrete using coconut shell aggregate were 1975 kg/m3 and 19.1 N/mm2 respectively. ` At the different proportions, the compressive strength of concrete cubes produced with gravel and coconut shells, for seven (7) days curing, the average compressive strength for concrete cubes produced with coconut shell of mix ratio 1:2:4, 1:1½:3, 1:3:6 were 8.6, 8.9, 6.4 N/mm2 respectively and 15.1, 16.5, 11N/mm2 respectively for 28 days. The 7 days cured concrete cubes produced with gravel have an average compressive strength of 19.6, 18.5, and 9.6  N/mm2 and 28.1, 30.0 and 15.6 N/mm2 at 28days with mix ratios of 1:2:4, 1:11/2:3, 1:3:6. From the research, mix ratio 1:1 ½ :3 of coconut shell with strength 16.5N/mm2 at 28 days can be used as plain concrete.

CONCLUSIONS

There are several conclusions from above study: 

(1) Coconut shell can be used in concrete to solve environmental and economical problem.(2) Coconut shell can be as coarse aggregate in concrete and it give enough strength to concrete as 

its crushing value and impact value is better than coarse aggregate. It can be grouped as light weight aggregate and used at different proportion as per required strength.

(3) Coconut shell ash can e used as the partial replacement of cement in concrete and proportion depends upon the strength required and quality of coconut shell ( property of coconut shell).

(4) Coconut shell powder with epoxy resin/matrixes can be used in concrete

OIL PALM COCONUT SHELL

Concrete made using agricultural wastes has shown better thermal properties in research, which can result in sustainability points in the energy and atmosphere category of the LEED rating system, among them: ‘‘Optimize Energy Performance’’ credit. Hence, agricultural waste used as aggregate in concrete production can contribute in making the material and, consequently, the structure more environmentally friendly.

 Agricultural solid waste in concrete

 Oil palm shell

The oil palm industry is one of the most important agro-industries in certain countries, such as Malaysia, Indonesia, Thailand and Nigeria. Malaysia and Indonesia are, respectively, the world’s largest and next largest palm oil producing countries. Malaysia alone produces more than 7 million tons of crude palm oil, each year

Properties of oil palm shell (OPS)

The color of oil palm shell (OPS) ranges from dark grey to black color, depending on the breaking pattern of the nut and the shape of the shells differs in a range from angular to polygonal. The OPS is approximately 60% lighter than conventional coarse aggregates. The density of OPS is within the range of most typical lightweight aggregates. One of the attractive characteristics of oil palm shells is its significant low Los Angeles abrasion value, which is approximately 80% lower than conventional coarse aggregates. This characteristic shows that OPS aggregates have good resistance to wear. In addition, because of the much lower impact and crushing values of OPS aggregates, these aggregates have good absorbance to shock. The surfaces of the shells for both concave and convex faces are fairly smooth, while the broken edge is rough and spiky. 

Oil palm shell lightweight concrete

The use of OPS as a lightweight aggregate for producing lightweight concrete has been explored over a decade and has been shown that the compressive strength of OPS lightweight concrete, with and without cementitious materials, is within the typical compressive strength for structural lightweight concrete (20–35 MPa) with a density of about 20–25% lower than normal weight concrete (NWC) [17, 18, 21–24]. However, recent studies have shown the possibility of producing high strength OPS lightweight concrete of up to about 53 and 56 MPa for 28 and 56 days compressive strength. Promoting the compressive strength of concrete and the ability to produce high strength concrete with aggregate, such as OPS, is very important because the compressive strength of concrete plays a fundamental role in the design and construction of concrete structures, and, also, such potential application of a waste material will encourage the construction industry to use this type of environmentally friendly concrete in actual projects. The techniques for producing high strength OPS concrete have been explained in various published papers. 

SIZES, SHAPES AND TEXTURE

In summary, these techniques include the use of old OPS, crushed OPS and OPS with smaller maximum coarse aggregate. Old OPS does not have any fibre on their surface, which results in a better bond between the cement matrix and the OPS, and, consequently, higher compressive strength. Another technique is based on crushing large old OPS and reducing the maximum size of coarse OPS aggregate. Crushed OPS is hard and has a strong physical bond with hydrated cement paste. This stronger bond is due to a reduction in the total smooth surface of OPS and the increased total surface of the broken edges because of the crushing of large sizes of OPS aggregate.

 In addition, the use of a smaller size of OPS aggregate causes an increase in the bond between the aggregate and the paste, which results in a higher compressive strength. Table below shows some selected mix proportions of OPS concrete with normal and high strength concrete.

Selected mix proportion and properties of oil palm shell lightweight concreteMix   Mix proportion (kg/m3                                                                                                                  Fresh               Density     28-Day cube         Reference  no.    Cement  Silica  Fly    Super           Water to  Oil         Conventional             Fine             Property               (kg/m3)    compressive                            fume  ash   plasticizer   cement     palm     coarse                         aggregat   (slump, mm)                         strength                                                     (%)           ratio          shell     aggregate (granite)                                                                         (MPa)

1       480     0       0     1             0.41    370          0                   820            7               1900a    29     Mannan and Ganapathy2       510     0       0     1.4          0.38    310          0                   850          60               1960b   28            Teo et al3      360      0       0     1.8          0.45    380        210                 830          33              1910a    34            Shafigh et al4      480      48    24    1             0.35    380          0                   580          105            1890      37            Alengaram et al5      480     0       0      1.5          0.38    300          0                   1050          50            1990c    47            Shafigh et al6     550      0       0      1.1          0.31    330        180                 710         205             1980a   53             Shafigh et al

 

 For all the OPS lightweight concrete mixtures with normal strength, the maximum size of OPS (as coarse aggregate) is 9.5 mm or more while for making high strength OPS concrete this maximum size reduces to 8 mm.

From the test results of previous studies it was concluded that the mechanical properties of OPS concrete, such as splitting tensile strength, flexural strength and modulus of elasticity at the same compressive strength, are lower than other types of lightweight aggregate concretes made from artificial or natural lightweight aggregates. However, a recently published study has shown that incorporating steel fibre into OPS concrete improves the compressive strength, and, furthermore, the splitting tensile and flexural strength improve significantly. The splitting tensile/compressive strength ratio of steel fibre OPS concrete is in the range of normal weight concrete and the flexural strength of such concrete is comparable to artificial lightweight aggregate concrete. 

 MODULUS ELASTICITY 

 In respect of the modulus of elasticity of OPS concrete, although it has been reported that this property of OPS concrete is significantly lower than normal weight concrete, similar to many other types of lightweight aggregate concrete, recent studies have shown that by following certain methods the 

modulus of elasticity of OPS concrete significantly improves to the range of normal weight concrete. These methods, which significantly promote the compressive strength of OPS concrete, are based on the use of old OPS and old crushed OPS. Fig. below shows a cross section of a lightweight concrete specimen containing OPS grains.

 

 They reported that the durability properties of this concrete were comparable to that of other conventional lightweight concretes. The research concluded that proper curing is required for OPS concrete to achieve better durability. They recommended that the minimum duration of moist curing should be carried out continuously for at least 7 days.

A comparative study of the bond properties of OPS concrete with normal weight concrete revealed that although the bond stress of the OPS concrete was about 86% of the corresponding normal weight concrete, the ultimate bond stress of OPS concrete was 2.5 times higher than the theoretical values calculated based on BS 8110.

 In addition, the flexural and shear behavior of reinforced and un-reinforced concrete beams made with oil palm shell structural lightweight concrete was experimentally investigated. Teo et al. [33] reported that reinforced concrete beams made of oil palm shell lightweight concrete with low reinforcement ratio gave satisfactory performance in all the serviceability requirements of the BS 8110 [32] code. They reported that OPS reinforced concrete beams with reinforcement ratios up to 3.14% showed 4–35% ultimate moments compared to the predicted moments. However, for a beam with higher reinforcement ratio (i.e. 3.90%), BS 8110 underestimates the ultimate moment capacity by about 6%.

Therefore, they recommended larger depths for OPS concrete beams when the reinforcement ratio is greater than 3.14%. There is another reported that the flexural behavior of beams made of oil palm shell shows very close agreement with the theoretical results.

 Furthermore, the satisfactory shear behaviour of oil palm shell concrete beams has also been reported that the overall flexural behaviour of reinforced OPS concrete beams closely resembled that of equivalent beams made with normal weight concrete. 

REFERENCE

Payam Shafigh , Hilmi Bin Mahmuda, Mohd Zamin Jumaat , Majid Zargar

Agricultural wastes as aggregate in concrete mixtures – A review

Construction and Building Materials