بررسی مطلوبیت فنی و اقتصادی بتن‌های خودتراکم توانمند حاوی متاکائولین، میکروسیلیس و خاکستربادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

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

3 استادیار، گروه عمران، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22124/jcr.2021.19094.1485

چکیده

بتن خودتراکم به سبب استفاده از مقادیر بیش‌تر پرکننده و فوق روان‌کننده، لزجت خمیری بیش‌تر و تنش جاری‌شدن کم‌تر دارد. برای ساخت بتن خودتراکم توانمند، لازم است علاوه بر رئولوژی، خواص مکانیکی و دوام بتن نیز بهبود یابند. به این منظور باید مقدار سیمان افزایش یابد یا از مواد جایگزین سیمان استفاده شود. این موضوع سبب بالارفتن قیمت تمام‌شده یک مترمکعب بتن و بنابراین کاهش تمایل به استفاده از آن می‌شود. در این تحقیق با ساخت 20 طرح بتن خودتراکم توانمند، خواص مکانیکی با انجام آزمایش‌های مقاومت فشاری، مقاومت کششی دونیم‌شدن و ضریب ارتجاعی استاتیکی، و خواص دوام با آزمایش‌های تعیین عمق نفوذ آب، نفوذ تسریع‌شده یون کلراید و مقاومت در برابر سولفات، تعیین شده و بر این اساس، میزان مطلوبیت فنی بتن‌های ساخته شده، مشخص شدند. هم‌چنین با بررسی قیمت تمام‌شده یک متر مکعب بتن، میزان مطلوبیت اقتصادی و مطلوبیت فنی و اقتصادی بتن‌ها محاسبه شدند. نتایج نشان داد که کاربرد پوزولان‌ها در بتن خودتراکم توانمند، مطلوبیت فنی ناشی از خواص مکانیکی را تا حدود %40 کم کرده، ولی مطلوبیت فنی متأثر از دوام به‌طور چشم-گیری افزایش یافت، تا جایی که در سن 91 روزه، حدود 5 برابر بیشتر شده است. بر این اساس، عامل نهایی مطلوبیت فنی در مخلوط‌های خودتراکم تحقیق حداقل %26 و حداکثر %250 بیشتر از بتن مرجع نتیجه شد. به‌دلیل قیمت بیشتر مواد پوزولانی نسبت به سیمان، با افزایش میزان جایگزینی پوزولان‌ها، عامل مطلوبیت اقتصادی تا بیش از %50 کاهش یافت، ولی عامل مطلوبیت فنی و اقتصادی تا حدود %60 بهبود پیدا نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of technical and economic desirability of high-performance self-compacting concretes containing metakaolin, micro silica and fly ash

نویسندگان [English]

  • Milad Orak 1
  • Seyed Fathollah Sajedi 2
  • Shahriar Tavousi Tafreshi 3
1 Ph.D. student, Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Associate professor, Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 Assistant professor, Department of Civil Engineering, Tehran Markazi Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Self-compacting concrete (SCC) has more plastic viscosity and less yield strength due to using more fillers and superplasticizers. In order to achieve performance SCC, in addition to rheology, it is necessary to improve the mechanical properties and durability of concrete. Therefore, the amount of cement should be increased or cement replacement materials should be used. This increases the cost of one cubic meter of concrete and reduces the tendency to use it. In this research, by making 20 mixes of performance SCC, mechanical properties were determined by performing tests of compressive strength, tensile strength and elasticity modulus, and durability properties by tests of water penetration depth, rapid chloride penetration and sulfate resistance. Basically, the degree of technical desirability of concretes was determined. Also, by examining the cost price of one cubic meter of concrete, the economic and technical-economic desirabilities of the concretes were calculated. The results showed that the application of pozzolans in performance SCC reduced the technical desirability due to mechanical properties about 40%, but the technical desirability due to durability increased significantly, so that at the age of 91 days, about 5 times has become more. Accordingly, the final factor of technical desirability in SC mixtures of research is at least 26% and at most 250% more than the reference concrete. Due to the higher price of pozzolanic materials than cement, with the increase in the replacement rate of pozzolans, the economic desirability factor decreased to more than 50%, but the technical-economic desirability factor improved to about 60%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High-performance self-compacting concrete (HPSCC)
  • Pozzolan
  • Mechanical properties
  • Durability
  • Technical and economic desirability

مراجع

]1[ رمضانیانپور ع. ا.، کاظمیان ع.، (1397). بتن خودتراکم: فناوری و کاربرد. انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صص 155-153.
[2] Ramezanianpour, A. A., Kazemian, A., Nikravan, M., Mahpur, A., Moghaddam, M. A., (2013). Ivfluence of the low-activity slag and silica fume on the fresh properties and durability of high performance self-compacting concrete. International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies (SCMT3), Kyoto, Japan.
[3] Dasarathy, A. K., Tamil Selvi, M., Leela, D., Kumar, S., (2018). Self-compacting concrete – an analysis of properties using Fly Ash. International Journal of Engineering & Technology, Vol. 7, No. 2, pp. 135-139.
]4[ مدندوست، ر.، رنجبرم. م.، محسنی، ا.، (1392). تأثیر مواد نانو بر خواص مهندسی ملات خودتراکم حاوی خاکستربادی. مجله تحقیقات بتن. سال پنجم. شماره دوم. پاییز و زمستان 92. صص 67-55.
[5] Niewiadomki, P., Hola, J., Cwirzen, A., (2018). Study on properties of self-compacting concrete modified with nanoparticles. Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 3, pp. 877-886.
[6]   Golewski, G. L., Sadowski, T., (2014). An analysis of shear fracture toughness K IIc and microstructure in concretes containing fly-ash. Construction and Building Materials, Vol. 51, No. 2, pp. 207–214.
[7] Golewski, G. L., Sadowski, T., (2017). The fracture toughness the K IIIc of concretes with F fly ash (FA) additive. Construction and Building Materials, Vo.143 No. 10, pp. 444–454.
]8[ هدایتی‌نیا، ف.، دلنواز، م.، امامزاده س. ش.، (1397). ارزیابی اثرات زیست‌محیطی چرخه عمر بتن خودتراکم دارای قابلیت اجرایی در سدهای ساخته‌شده با بتن سنگ‌ریزه‌ای. دهمین کنفرانس ملی بتن، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران.
[9] Ali, M. B., Saidur, R., Hossain, M. S., (2011). A review on emission analysis in cement industries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, No. 1, pp. 2252–2261.
[10] Ricardo de Matos, P., Foiato, M., Prudêncio Jr, L. R., (2019). Ecological, fresh state and long-term mechanical properties of high-volume fly ash high-performance self-compacting concrete. Construction and Building Materials, Vol. 203, No. 2, pp. 282–293.
[11] BIBM, CEMBUREAU, EFCA, EFNARC, ERMCO. European guidelines for self-compacting concrete: specification. Production and use, 2005.
]12[ احمدی، س. ا.، هوایی، غ.، (1393). لزوم شناخت بیشتر بتن خود تراکم و اثرات آن بر اقتصاد طرح‌ها. اولین کنگره ملی مهندسی ساخت و ارزیابی پروژه های عمرانی. گرگان. اردیبهشت 1393.
]13[ رمضانیانپور، ع.ا.، ذوالفقارنسب، آ.، بهمن‌زاده، ف.، پور ابراهیمی، م.ر.، حسن‌پور، ص.، بوشهری، ر.، رمضانیانپور، ا.م.، (1394). بررسی عملکرد بتن توانمند در برابر حمله سولفوریک اسید. هفتمین کنفرانس ملی سالیانه بتن ایران، تهران.
[14] Samimi, K., Kamali-Bernard, S., Maghsoudi, A.A., Maghsoudi, M., (2016). The influence of metakaolin and natural zeolite on the rheology, engineering and durability properties of high strength self-compacting concrete at early age. 2nd International Conference Sustainability ICCS16. Spain, Madrid, 13-15 June 2016.
]15[ بهفرنیا، ک.، حسن­زاده، م.، (1393). مباحث پیشرفته در فناوری سیمان و پوزولان (به همراه آزمایش­های استاندارد). انتشارات جهاد دانشگاهی واحد اصفهان، صص 184-183.
[16] Owaid, H. M., Hamid, R., Taha, M.R., (2012). A review of sustainable supplementary cementitious materials as an alternative to all-Portland cement mortar and concrete. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, Vol. 6. No. 9, pp. 287-303.
[17] ASTM C1611– 18. Standard test method for slump flow of self-consolidating concrete. Annual Book of ASTM Standard.
[18] BS EN 12350: 2009. Testing fresh concrete, (London: British Standards Institution)
[19] ASTM C1621 – 16. Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Cellular Plastics. Annual Book of ASTM Standard.
[20] BS EN 11044. Testing fresh self-compacting concrete-determination of confined flow ability in 'U-SHAPE BOX', (London: British Standards Institution)
[21] BIBM, CEMBUREAU, EFCA, EFNARC, ERMCO. European guidelines for self-compacting concrete: specification. Production and use; 2005.
[22] BS EN 12390. Testing hardened concrete, (London: British Standards Institution).
[23] ASTM C39 / C39M - 20. Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. Annual Book of ASTM Standard.
[24] ASTM C496 / C496M - 17. Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens. Annual Book of ASTM Standard.
[25] ASTM C469 – 02. Standard test method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression. Annual Book of ASTM Standard.
[26] BS EN 12350-8:2019, Testing hardened concrete. Depth of penetration of water under pressure. (London: British Standards Institution).
[27] ASTM C1202 – 19. Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration. Annual Book of ASTM Standard.
[28] ASTM C1012 / C1012M - 18b. Standard Test Method for Length Change of Hydraulic-Cement Mortars Exposed to a Sulfate Solution. Annual Book of ASTM Standard.
[29] Vejmelkovaa, E., Kepperta, M., Grzeszczykb, S., Skalin´ skib, B., Cˇ erny´ a, B. (2011), Properties of self-compacting concrete mixtures containing metakaolin and blast furnace slag, Construction and Building Materials, Vol. 25, No. 4, pp. 1325-1331.
[30] Fernandez R., Martirena F., Scrivener K. L., (2011). The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorillonite. Cement and Concrete Research, Vol. 41, No. 1, pp. 113-122.
[31] Marsh B., Day R., (1988). Pozzolanic and cementitious reactions of fly ash in blended cement pastes. Cement and Concrete Research, Vol. 18, No. 2, pp. 301-310.
[32] Khodabakhshian A., Ghalehnovi M., Brito J., Asadi Shamsabadi E., (2018). Durability performance of structural concrete containing silica fume and marble industry waste powder. Journal of Cleaner Production, Vol. 170, No. 1, pp. 42-60.
]33[ رمضانیانپور ع. ا.، صمدیان م.، مهدی­خانی م.، مودی ف.، (1390). بررسی آثار مواد پوزولانی بر دوام بتن­های خود متراکم. مجله علمی- پژوهشی عمران مدرس، دوره یازدهم، شماره 3.
[34] Guo Z., Jiang J., Zhang J., Kong X., Chen C., Lehman D. E., (2020). Mechanical and durability properties of sustainable SCC with recycled concrete aggregate and fly ash, slag and silica fume. Construction and Building Materials, Vol. 231, No. 1, pp. 133-141, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117115
[35] Ardalan R., Joshaghani A., Hootan R., (2017). Workability retention and compressive strength of self-compacting concrete incorporating pumice powder and silica fume. Construction and Building Materials. Vol. 134, No. 3, pp. 116-122.
[36]   Iris G. T., Belen G. F., Juan Luis P. O., Javier E. L., (2017). Prediction of self-compacting recycled concrete mechanical properties using vibrated recycled concrete experience. Construction and Building Materials, Vol. 131, No. 1, pp. 641-654.
]37[  رنجبر م.م.، مدندوست ر.، قانع ف.، عیسی پور س.، کریمی م.، (1393). ارزیابی خواص مهندسی بتن خودتراکم توانمند حاوی سیمان آمیخته. تحقیقات بتن، سال هفتم، شماره اول، بهار و تابستان 1393.
[38] Mohammadi Golafshani E., Ashour A., (2016). Prediction of self-compacting concrete elastic modulus using two symbolic regression techniques. Automation in Construction 64 (2016) 7–19.
]39[ محمدپور نیک­بین ا.، اسلامی م.، (1387). مروری بر خواص مکانیکی بتن­های خودتراکم معمولی و سبک. چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.
[40] ACI 318 – 95, Building Code Requirements for Structural Concrete.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار