بررسی تاثیر مقدار ماده پایه و نسبت آب به مواد سیمانی در نفوذ یون های کلراید در بتن ژئوپلیمری حاوی سرباره کوره آهن گدازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران و محیطزیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 1 دانشکده مهندسی عمران و محیطزیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

از آنجایی که در جریان فرآیند تولید سیمان مقدار نسبتا زیادی گاز دیاکسید کربن آزاد می‌شود و با توجه به این که این گاز یکی از آلاینده‌های اصلی محیط زیست و از جمله گازهای گلخانه‌ای به حساب می‌آید، پیدا کردن جایگزین مناسب برای سیمان در ساخت بتن موضوعی پراهمیت است. استفاده از بتنهای ژئوپلیمری از جمله راهکارهای نوین مطرح شده به عنوان جایگزینی برای بتنهای معمولی با سیمان پرتلند می‌باشد. در واقع در ساختار این دسته از بتن‌ها سیمان به عنوان ترکیب اصلی محسوب نمی‌شود و آنچه ترکیب آنها را تشکیل می‌دهد، دو بخش اصلی ماده پایه و ماده فعالساز است. در این تحقیق سرباره کوره آهنگدازی به عنوان ماده پایه و دو محلول پتاسیم هیدروکسید با غلظت 6 مولار و سدیم سیلیکات )آب شیشه( با مدول سیلیکاتی 33/2 به عنوان مواد فعال‌ساز مورد استفاده قرار گرفته‌اند. برای ارزیابی این نوع بتن 5 طرح اختلاط بتن ژئوپلیمری با هدف شناخت تاثیر مقدار ماده پایه )سرباره( و همچنین اثر آب به مواد سیمانی انتخاب شده‌اند. یک طرح اختلاط بتن معمولی با سیمان پرتلند نیز برای مقایسه این دو نوع بتن در نظر گرفته شده‌است. در این تحقیق، خواص بتن تازه با استفاده از آزمایش افت اسلامپ و خواص مکانیکی بتن سخت شده از طریق اندازه گیری مقاومت فشاری در سنین 28 ، 90 و 180 روز ارزیابی گردیده است. همچنین نفوذپذیری بتن‌ها به وسیله آزمایش جذب موئینه آب در سنین 28 و 90 روزه اندازه‌گیری شده است. آزمایش‌های مقاومت الکتریکی، مهاجرت تسریع شده یون‌های کلراید و تعیین ضریب انتشار با استفاده از پروفیل نفوذ یون‌های کلراید برای بررسی دوام این نوع بتن‌ها در برابر نفوذ یون‌های کلراید به کار گرفته شده‌اند. براساس نتایج عملکرد بتن‌های ژئوپلیمری در برابر تغییرات ماده پایه و نسبت آب به مواد سیمانی نسبتا مشابه بتن‌های معمولی می‌باشد. از سوی دیگر از مقایسه این دو نوع بتن مشاهده می‌شود که بتن‌های ژئوپلیمری مقاومت و دوام نسبتا بهتری نسبت به بتن‌های معمولی با سیمان پرتلند را دارا می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Studying the Effect of the Amount of Source Materials and Water to Binder Ratio on Chloride Ions Ingress in Alkali-Activated Slag Concretes

نویسندگان [English]

  • A. Ramezanianpor 1
  • F. Bahman Zadeh 2
  • A. Zolfagharnasab 1
  • A.M Ramezanianpour 3
1 1 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran
2 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran
3 Faculty of Civil Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Due to the high amount of CO2 emission through the production of cement and great energy consumption in the cement industry, one of the most important issues in concrete technology is to find out an appropriate replacement for Portland cement. Alkali activated materials are the new approach for solving this problem. In fact, alkali activated concrete consists of an inorganic structure containing two parts: source material and alkaline activator liquid. In this study, the effect of the amount of source material and water to binder ratio on chloride ions ingress was evaluated. For this purpose, 5 mix designs were used to make alkali activated slag (AAS) concretes and for activating slag, 6 molar potassium hydroxide and sodium silicate solutions (wt. ratio: Na2O/SiO2 = 2.33) were employed as alkaline activator liquid. Additionally, one mix design was dedicated to ordinary Portland cement (OPC) concrete for the sake of comparison. The properties of AAS concretes were examined by means of slump loss test, measurement of compressive strength at the ages of 1, 7, 28, 90 and 180 days and also capillary water absorption test at 7, 28 and 90 days. Furthermore, chloride ions penetration was measured through electrical resistivity test, rapid chloride migration test (RCMT) and resistance against chloride ions diffusion test according to NT Build 443. The results indicated that the performance of water to binder ratio and also the amounts of source material were comparable to that of ordinary Portland cement (OPC) concretes. Additionally, alkali activated slag (AAS) concretes had higher compressive strength and also superior durability against chloride ions penetration compared to OPC concretes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alkali activated concrete
  • Blast furnace slag
  • Compressive Strength
  • Durability
  • Chloride ions penetration
[1] P. K. Mehta, P. J. Monteiro, Concrete: microstructure, properties, and materials. New York, McGraw-Hill (2006).
[2] A. A. Ramezanianpour, A. Kazemian, M. Sarvari, B. Ahmadi, Use of Natural Zeolite to Produce Self-Consolidating Concrete with Low Portland Cement Content and High Durability, Journal of Materials in Civil Engineering, 25(5) (2012) 589–596.
[3] A. A. Ramezanianpour, A. Zolfagharnasab, F. Bahman Zadeh, M. R. Pourebrahimi, Fresh Properties, Compressive Strength and Chloride Ion PenetrationResistance of Self-Consolidating Concrete Containing Natural Pozzolan. The Fifth International Conference on Construction Materials (CONMAT 15), Whistler, Canada (2015).
[4] J. Davidovits, Chemistry of Geo-Polymeric Systems, Terminology, Geopolymer International Conference, France (1999).
[5] X. C. Pu, C. C. Gan, S.D. Wang, C.H. Yang, Summary Reports of Research on Alkali-Activated Slag Cement and Concrete, Chongqing Institute of Architecture and Engineering, Chongqing, (1988) pp. 1–6.
[6] C. Shi, P.V. Krivenko, D. Roy, Alkali-Activated Cements and Concretes. Taylor & Francis, New York (2006).
[7] S.D. Wang, X. C. Pu, K. L. Scrivener, P. L. Pratt, Alkali-Activated Slag Cement and Concrete: a Review of Properties and Problems, Advances in Cement Research, 7(27) (1995) pp. 93–102.
[8] A. A. Ramezanianpour, T. Parhizkar, A. R. Pourkhorshidi, A. Raeis Ghasemi, Assessing Concrete Durability with Different Cements and Pozzolans in Persian Gulf Environment, BHRC Publication (2006).
[9] R. D. Brown, Design Prediction of the Life of Reinforced Concrete in Marine and Other Chloride Environments, Durability of Building Materials, Elsevier Scientific Publishing Co., Amsterdam, 3 (1982).
[10] C. Aria, N. R. Buenfeld, J. B. Newman, Factors Influencing Chloride Binding in Concrete, Cement and Concrete Research, 20(2) (1990) pp. 291– 300,
[11] A. O. Saud, Performance of Alkali-Activated Slag Concrete, The University of Sheffield (2002).
[12] F. G. Collins, J. G. Sanjayan, Workability and Mechanical
Properties of Alkali Activated Slag Concrete, Cement and Concrete Research, 29(3) (1999) pp. 455–458.
[13] ASTM C143/C143M – 13, Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA (2013).
[14] EN 480-5, Admixtures for concrete, mortar and grout. Test methods. Determination of capillary absorption, European Standard (EN) (2005).
[15] Designation: FM 5-578, Florida Method of Test for Concrete Resistivity as an Electrical Indicator of its Permeability (2004).
[16] NT Build 492, Chloride Migration Coefficients from Non-Steady-State, Nord test method (1999).
[17] NT Build 443, Concrete, hardened: Accelerated chloride penetration, Nord test method (1995).
[18] M. R. Maddah, The effect of different solutions in geopolymer cement production with two types of pozzolan and evaluation of mechanical properties and chloride ion penetration in these concretes, M.Sc. Thesis, AmirKabir University of Technology (2013).