بررسی تاثیر سنگدانه‌‌های سبک و روش عمل‌‌آوری بر خواص بتن‌های سیمان- سرباره‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، واحد قشم، دانشگاه آزاد اسلامی، قشم، ایران

2 گروه عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

3 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

چکیده

یکی از روش‌های بهینه تولید سیمان و بتن، جایگزینی بخشی از سیمان با مواد افزودنی ارزان است. پوزولان‌های طبیعی و مصنوعی، نمونه‌هایی از این مواد هستند. این پوزولان‌ها به کاهش مصرف سیمان، انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کنند. همچنین، خواص مکانیکی و دوام بتن را بهبود می‌بخشند. در این تحقیق، یازده طرح اختلاط شامل یک طرح مرجع و ده طرح بتن سیمان - سرباره‌ای ساخته شدند. در ده طرح، پودر سرباره کارخانه فولاد اهواز به جای %40 وزنی سیمان استفاده شد. در پنج طرح، به جای بخشی از سنگدانه‌های طبیعی، از سبکدانه اسکوریا و در پنج طرح دیگر از لیکا بهره‌برداری شد. این دو نوع سبکدانه با دو روش عمل‌آوری شامل آب شرب و دمای آزمایشگاه استفاده شدند. در انجام آزمایش‌ها، از نمونه‌های مکعبی و منشوری استاندارد استفاده شد. سبکدانه‌های اسکوریا و لیکا به میزان %30، %40، %50، %60 و %70 با سنگدانه‌های طبیعی (نخودی و بادامی) جایگزین شدند. از فوق روان‌کننده اصلاح‌شده نسل سوم و کاهش‌دهنده شدید آب بر پایه پلی‌کربوکسیلات استفاده شد. برای تعیین خواص رئولوژی، مکانیکی و دوام، آزمایش‌های اسلامپ، وزن مخصوص بتن، مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم، مقاومت الکتریکی، جذب آب حجمی و عمق نفوذ آب انجام شدند. نتایج نشان داد از بین طرح‌ها، استفاده از %40 سرباره با ترکیب سنگدانه‌های 40% اسکوریا و %40 لیکا به صورت مجزا با افزایش %6 مقاومت فشاری نسبت به نمونه مرجع، بیشترین اثر را بر خواص بتن داشته است. بنابراین این طرح مخلوط، به عنوان طرح بهینه معرفی ‎می‎گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Light Aggregate and Curing Methods on the Properties of Cement-Slag Concretes

نویسندگان [English]

  • Gholamabas Bahraminia 1
  • Seyed Fathollah Sajedi 2
  • Fereidoon Moghadas Nejad 3
1 PhD candidate, Department of Civil Engineering, Qeshm Branch, Islamic Azad University, Qeshm, Iran
2 Professor, Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 Dep. of Civil Engineering, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

One of the optimal methods for producing cement and concrete is to replace part of the cement with cheap additives. These pozzolans help reduce cement consumption, energy, and greenhouse gas emissions. They also improve the mechanical properties and durability of concrete. In this study, 11 mixing designs were made, including a reference and 10 cement-slag concrete designs. Slag powder from the Ahvaz Steel Plant was used instead of 40% cement (by weight). In five designs, scoria lightweight aggregate was used instead of part of the natural aggregate, and in the other five designs, Leca was used. These two types of lightweight aggregate were used with two curing methods with drinking water and laboratory temperature. Standard cubic and prismatic samples were used for the tests. In the mixing design, scoria and Leca lightweight aggregates were replaced by 30%, 40%, 50%, 60% and 70% with natural aggregates (pea and almond). Also, a third-generation modified superplasticizer and a polycarboxylate-based extreme water reducer were used. To determine the rheological, mechanical and durability properties, slump tests, concrete specific gravity, compressive strength, indirect tensile strength, electrical resistance, volumetric water absorption and water penetration depth were performed. The results showed that using 40% steel slag with a combination of scoria and Leca aggregates in concrete production has positive results. At the age of 91 days, the compressive strength of cement-slag concrete should not be less than the same strength as the reference concrete. Therefore, 40% replacement of slag with scoria and Leca aggregates can be considered optimal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cement- Slag Concrete
  • Scoria
  • Leca
  • Curing
  • Natural Aggregates

مراجع

[1] Sajedi, S.F.; Darash, F. 2019, Experimental Study of Workability and Mechanical Properties of Concrete Containing Powder Glass and Mineral Waste Glass with Separate and Simultaneous Applications. Amirkabir Journal of Civil Engineering. Vol. 50(6), pp. 1155-1176
[2] Emam Ali, E.; Al-Tersawy S.,, 2012 "Recycled glass as a partial replacement for fine aggregate in self-compacting concrete", Construction and Building Materials, Vol. 35, pp. 785-791.
[3] Luhar, S; Cheng, TW; Nicolaides, D; Luhar, I; Panias, D; Sakkas K. 2019, Valorisation of glass waste for development of Geopolymer composites–Mechanical properties and rheological characteristics: A review. Construction and Building Materials. Vol. 220, pp. 547-564.
[4] Moufti, M.; Sabtan, R.; El-Mahdy, A.A; Shehata O., 2000, Assessment of the industrial utilization of Scoria materials in central Harrat Rahat, Saudi Arabia, Engineering Geology, Vol. 57, pp. 155–162.
[5] مجدی، ع؛ شکرچی زاده، م؛ جعفری، ا؛ علی لیبر، ن،1390، "بررسی ظرفیت مقاومتی سبکدانه اسکوریا به منظور کاربرد در بتن سبکدانه سازه‌‌ای"، اولین کنفرانس ملی بتن سبک، تهران.
[6] شکرچی زاده، م؛ علی لیبر، ن؛ جلیلی، م ، 1390، "راهنمای ساخت بتن سبکدانه ساز‌‌ ای"، انتشارات علم و ادب با همکاری انستیتو مصالح ساختمانی، پردیس دانشکده‌‌های فنی، دانشگاه تهران، چاپ اول.
[7]نادری، م؛ بنیادی، ع، 1390، "بتن سبک ساخته شده با لیکا و مقایسه آن با بتن معمولی از لحاظ مقاومت فشاری به روش پیچش و جک فشاری"، ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، سمنان.
[8] صدرممتازی، ع؛ هوشمندی دیارجانی؛ کهنی، ر، 1399، "بررسی مشخصات مکانیکی و دوام در برابر محیط اسیدی بتن سبک ژئوپلیمری بر پایه سرباره حاوی سبکدانه اسکوریا"، دوازدهمین کنفرانس ملی بتن، تهران.
[9]رمضانی زاده دربند، م،1402،"بررسی خواص مکانیکی بتن سبک سازهای ساخته شده با سبکدانه های لیکا، آسکوریا و پرلیت تحت تاثیر دما"، هشتمین کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، سازه و زلزله،تهران
[10] رمضانی زاده دربند، مهدی،1401،"بررسی خواص مکانیکی و جذب آب بتن سبک سازه ای ساخته شده با سنگدانه لیکا و آسکوریا"، اولین رویداد مدیریت بحران ایران قوی ،تهران.
[11]پورحسین پریزاد، سبحان،1402،"طراحی طرح اختلاط بتن سبک خودتراکم حاوی سبکدانه اسکوریا"، بیست و دومین کنفرانس ملی شهرسازی ،معماری ،عمران و محیط زیست،شیروان
[12] شهرامی، ش، شکیباپور، ا، توکلی، ع، 1396، "بررسی و مقایسه تاثیر استفاده از سبکدانه لیکا و سبکدانه اسکوریا بر روی مقاومت بتن سبک"، نهمین کنفرانس ملی بتن، قرچک.
[13] Gong, R, Qi,Y, Lian, G, Gao ,X, Yao ,F, Srinivasan, V, Liu,Y, Liu, B, Dong, X, 2024, Developing poplar wood into a green structure-decoration integrated material for prefabricated wooden building application, Journal of Building Engineering,Vol 90.
[14] Mahdi, Z, Obaidi, H, Abdul Rahman, E, 2024, Study of some properties of sustainable lightweight concrete-based on epoxy, scoria and charcoal, AIP Conference Proceedings, Vol 3105, Issue 1.
[15] Neville A, M, 2004, Properties of volcanic scoria-based lightweight concrete. Mag Concr Res. Vol 56(2), pp111–120.
[16] Degefa A, Tiku S. 2019, Suitability of scoria as fine aggregate and its effect on the properties of concrete. Sustainability. Vol 11(17), pp4647.
[17] Gencel O, Brostow W, Ozel C, Filiz M. 2017, Effect of scoria aggregate on various specific aspects of lightweight concrete. Int J Concr Struct Mater. Vol 11, pp 345–359.
[18] Bahrami A, Ghasemi M. 2024, Physical and Mechanical Properties of Lightweight Expanded Clay Aggregate Concrete. Buildings. Vol 14(6), pp1871.
[19] Wójcik M, Grzybowska K. 2021, Mechanical properties of lightweight expanded clay aggregate (LECA) concrete. Ann Warsaw Univ Life Sci–SGGW, Land Reclam. Vol 53(4), pp 339–349.
[20]ساجدی، س ف, بهرامی نیا، غ ع. 1402، بررسی آزمایشگاهی تاثیر سرباره کارخانه فولاد اهواز برخواص بتن های سیمان- سرباره ای. تحقیقات بتنشماره 16، صص 79-93.
[21] رمضانیان‌‌پور، ع، 1369، "نقش مواد افزودنی در تکنولوژی بتن"، انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران.
[22] ASTM C150, “Standard Specification for Portland Cement”, (2004).
[23] استاندارد ملی ایران شماره 3040، 1383، ماسه مرجع مورد مصرف در تعیین مقاومت خمشی و فشاری سیمان، ویژگی ها و روش آزمون.
[24] مستوفی‌‌نژاد، د، نظری‌‌منفرد، ح، 1385، "افزودن سرباره و پودر سنگ آهک به بتن جهت افزایش دوام در محیط سولفاتی"، پژوهشنامه حمل و نقل، سال سوم، شماره دوم.
[25]استاندارد ملی ایران شماره 302، 1394، استاندارد ویژگی‌های سنگدانه‌های بتن
[26] ASTM C128, “Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Fine Aggregate”, (2012).
[27 ]آئین نامه بتن ایران(آبا)، دفتر امور فنی و تدوین معیارها، نشریه شماره 120، سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، چاپ سوم، سال 1381.
 [28] Kohistani A, S, Singh , K, A Review-Utilization of Plastic waste and Alccofine in Self-Compacting Concrete, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). (2018), vol. 04, pp 1565-1568
[29] ASTM C172, “Testing fresh concrete in the field”, (2017).
[30] British Standards Institution, BS 1881, Part 2, Methods of testing fresh concrete, London, BSI, (1970).
[31] ASTM C143, “Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete”, (2017).
[32] ASTM C138, “Método de Ensayo Normalizado de Densidad (Peso Unitario), Rendimiento, y Contenido de Aire (Gravimétrico) Del Concretot”, (2017).
[33] British Standards Institution, BS 1881, Part 2, Methods of testing fresh concrete, London, BSI, (1970).
[34] ASTM C496-96, “Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens”, (1996).
[35] ACI 222 R-01, 222R-01: Protection of Metals in Concrete against Corrosion, (2010).
[36] Mazloom, M, Ramezanianpour, A, Brooks, J, J, 2004 "Effect of silica fume on mechanical properties of high-strength concrete", Cement & Concrete Composites, vol. 26, pp. 347-357.
[37] DIN 1991) 5-1048),” Testing concrete; testing of hardened concrete (specimens prepared in mould)”, Deutsches Institut für Normung, Berlin, Germany
[38]مومنی، ک، و قویدل، ر. (1399). بررسی رسانایی هیدرولیکی و گرفتگی بتن های نفوذپذیر سبک حاوی لیکا و اسکوریا. مهندسی عمران (فنی و مهندسی مدرس)، شماره 20(3 )، صص 161-174.
[39] خانزادی، م ، چاله کایی، ع ، احمدی، ر،1389،ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت حاوی اسکوریا و لیکا،دومین کنفرانس ملی بتن ایران،تهران.
[40] حسن‎زاده، م، کرمی، ع، ملکی، م، حسن‌‌زاده، ف، ۱۳۹۰، "بررسی برخی از خصوصیات ملات حاوی سرباره های ذوب آهن اصفهان"، سومین کنفرانس ملی بتن ایران.
 [41] ASTM C511, “Standard Specification for Seamless Stainless Steel Mechanical Tubing”, (2018).
 [42] Ahmadi, B, Shekarchi, M, 2010"Use of natural zeolite as a supplementary cementitious material", Cement & Concrete Composites, vol. 32, pp. 134-141.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 57، شماره 7
مهر 1404
صفحه 1289-1316

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار