تأثیر استفاده از الیاف‌های پلیمری میکرو و ماکرو بر خواص مکانیکی و دوام روسازی بتن غلتکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 Building and Housing Research Center, Pas Farhangian St, Sheikh Fazlollah Exp. Way, Tehran 13145-1696, Iran

3 مربی، بخش فناوری بتن، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی،

4 دانش آموخته دوره کارشناسی ارشد، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

تفاوت اساسی بتن غلتکی و بتن معمولی دانه‌بندی متراکم بتن غلتکی می‌باشد که باعث می‌گردد که حجم خمیر سیمان در این بتن نسبت به بتن معمولی کمتر باشد. افزودن الیاف میکرو و ماکرو به رویه‌های بتنی نشان داده است که ظرفیت خمشی، مقاومت خستگی و توزیع ترک‌خوردگی را بهبود می‌دهند و به انتقال بار از میان ریز ترک‌های داخلی بتن کمک شایانی می‌نماید. در این مطالعه آزمایشگاهی، مزایای استفاده از الیاف میکرو و ماکرو پلیمری برای روسازی‌های بتن غلتکی با تعیین مشخصات مکانیکی و دوام مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور 3 طرح مخلوط بتن غلتکی با استفاده از الیاف‌های ماکرو (پلی‌الفین) و میکرو (پلی‌پروپیلن) در مقدار مصرف یک و دو کیلوگرم در مترمکعب ساخته و آزمایش‌های مکانیکی مقاومت فشاری و مقاومت خمشی (مدول گسیختگی و طاقت) و دوام پوسته‌شدن سطح در حضور نمک‌های یخزدا و نفوذپذیری تحت فشار آب انجام گردید. نتایج آزمایش خمش نشان‌دهنده‌ی این موضوع است که در مخلوط‌های بتن الیافی ماکرو (پلی‌الفین) و مخلوط بتن الیافی میکرو (پلی‌پروپیلن)، الیاف ماکرو (پلی‌الفین) نقش مؤثرتری را در افزایش مدول گسیختگی نسبت به الیاف میکرو (پلی پروپیلنی) ایفا نموده است. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از الیاف (پلی‌الفین و پلی‌پروپیلن) می‌تواند نفوذپذیری را تا حدود 20 درصد کاهش دهد. به علاوه، مشخص شد که با استفاده از الیاف میکرو (پلی‌پروپیلن) می‌توان مقاومت سطح در برابر پوسته‌شدن در حضور نمک‌های یخزدا را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید اما برخلاف الیاف میکرو (پلی پروپیلنی)، الیاف ماکرو (پلی‌الفین) باعث کاهش مقاومت پوسته‌شدگی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of the effects of micro and macro polymer fiber on the mechanical and durability of roller-compacted concrete pavements

نویسندگان [English]

  • Aliakbar Ramezanianpor 1
  • Jafar Sobhani 2
  • alireza pourkhorshidi 3
  • Mohamad Mehdi Lotfi 4
1 دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2 عضو هیات علمی
3 بخش فناوری بتن، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران،
4 AUT
چکیده [English]

A laboratory study was performed to determine the benefits of micro and macro fibers in roller-compacted concrete (RCC) for pavements by measuring the RCCs mechanical and durability properties. To this aim, three RCC mixtures with use of micro and macro polyolefin-based fibers in two volumetric content (1 and 2 kg/m3) were prepared and the mechanical properties (compressive strength and flexures strengths (modulus of rupture and toughness)) and durability properties (salt scaling under freeze-thaw and water permeability) were evaluated. The results emphasized that the macro fibers could be efficiently enhanced the toughness in comparison with the microfibers. Moreover, the water permeability of fiber-concrete decreased up to 20% in comparison with the reference concrete. Furthermore, it was found that the application of microfibers in comparison with macro fibers significantly improved the salt-scaling resistance of concrete.

کلیدواژه‌ها [English]

  • roller compacted concrete
  • polymer fibers
  • Mechanical Properties
  • Durability
  • Toughness
[1]ACI 325.10R. State of the-art report on roller compacted concrete pavement. American
Concrete Institute (ACI); 1995.
[2]Guide to the design and implementation of roller concrete pavements, Ministry of Roads and Urban Development, Transportation Research Institute, , Journal No. 354, 2009. [in Persian]
[3]Instructions of quality control of rolled compacted concrete pavements, Road, housing and urban development research center, , Second edition, 2015. [in Persian]
[ 4]  N. Banthia, R. Gupta, Hybrid fiber reinforced concrete: fiber synergy in high strength matrices, RILEM, Materials and Structures, 37 (274) (2004)707-716.
[5]H.Rooholamini, A.M. Hassani, M.R.  Aliha, Evaluating the effect of macro-synthetic fibre on the mechanical properties of roller-compacted concrete pavement using response surface methodology,  Construction and Building Materials,159(20) (2018) 517-529.
[6]   P. Rashid Dadash, Effect of natural pozzolans on Properties of fibrous concrete and its application in shotcrete, M.Sc. Thesis, Amirkabir University of Technology, IRAN, Tehran 2011. [in Persian]
[7]   M. Motusalian, The effect of propylene fibers on cracks caused by shrinkage in self-compacting concrete, the first International Conference on Drinking Water Storage Tanks, IRAN, Rasht, 2011. [in Persian]
[8]   P. Ghoddosii, A.A. Shirzadi Javid, Shrinkage of mortars containing repair additives for the repair of concrete structuers, First national conference of concrete pavements, Tarbiat Modares University, IRAN, Tehran, 2015. [in Persian]
[9]   A. Foroughi Asl, W. Naderi Zar Naghi,  Improved properties mechanical roller compacted concrete using polymer fibers, 6th  conference annual national concrete, Iran, Tehran, 2014. [in Persian]
[10]B. Perry,  Reinforcing external pavements with both large and small synthetic fibers, concrete, 37(8) (2003) 46-47.
[11] J. LaHucik, S. Dahal, J. Roesler, A.N. Amirkhanian,  Mechanical properties of roller-compacted concrete with macro-fibers, Construction and Building Materials, 135(15) (2017) 440-446.
[12]M. Hsie, C.H. Tua, P.S. Songb, Mechanical properties of polypropylene hybrid fiberreinforced concrete, Materials Science and Engineering, 494(1) (2008) 153-157.
[13] O. Smirnova, A. Kharitonov, Y. Belentsov, Influence of polyolefin fibers on the strength and deformability properties of road pavement concrete, Journal of Traffic and Transportation Engineering,  6(4) (2019) 407-417.
[14] Guide Specification for Construction of RollerCompacted Concrete Pavements, Portland Cement Association. Publication IS009. Skokie, IL: PCA (2004).
[15] Guidelines for design and construction of fiber reinforced concrete pavements, Roads Congrees, First Revision, Kama Koti Marg Sector-6, R. K. Puram, New Dehli, 110(22), 2030, Aug, (2013).
[16] Polypropylene Fibers In Portland Cement Concrete Pavements, US Department of the Army Waterways Experiment Station Corps of Engineers, Vicksburg, Mississippi, 92(9) (1993) 18-36.
[17] ASTM D7508/D7508M, Standard Specification for Polyolefin Chopped Strands for Use in Concrete, (2010) ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[18]  EN 12390-3, Testing hardened concrete - Part 3: Compressive strength of test specimens, (2009) British Standards.
[19]  ASTM C 1018, Standard Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength of  Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading), (1997), ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[20] ASTM C 672/C 672M, Standard Test Method for Scaling Resistance of Concrete Surfaces Exposed to Deicing Chemicals, (2003), ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[21] EN 12390-8, Testing hardened concrete – Part 8: Depth of penetration of water under pressure, (2009) British Standards.
[22] P. Berkowskia, M. Kazberukb, Effect of Fiber on the Concrete Resistance to Surface Scaling Due to Cyclic Freezing and Thawing, Procedia Engineering, 11 (2015) 121-127.