بررسی آزمایشگاهی خصوصیات تازه و سخت شده بتن ژئوپلیمر خودتراکم و مقایسه آن با سایر بتن ها

میرزائی علی آبادی, محبوبه; سلیمانی, محمد حسین; دادپور, علیرضا

doi:10.22065/jsce.2020.201768.1952

بررسی آزمایشگاهی خصوصیات تازه و سخت شده بتن ژئوپلیمر خودتراکم و مقایسه آن با سایر بتن ها

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار گروه عمران دانشکده فنی دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا بهبهان، بهبهان، ایران

² دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا(ص) بهبهان

³ کارشناس آزمایشگاه عمران، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا(ص) بهبهان

10.22065/jsce.2020.201768.1952

چکیده

یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش‌روی مهندسی عمران علاوه بر هزینه، مشکلات اجرا مثل ویبره زدن بخصوص در مقاطع جدارنازک، روانی و حرکت بتن در مقاطع پرآرماتور و پیچیده، افزایش مقاومت با کاهش یا عدم استفاده از سیمان می‌باشد. هدف از این تحقیق، یک نوآوری در صنعت بتن بدون سیمان پرتلند است، که با الهام از تکنولوژی ژئوپلیمرها و ترکیب آن در بتن خودتراکم (SCC)، جهت تولید بتن پایدار، به‌منظور کاهش انتشار کربن حاصل از تولید سیمان پرتلند (PC) ایجاد می‌شود. در این راستا از سرباره کوره آهن‌گدازی به‌صورت آمورف (جایگزین سیمان) با استفاده از فعال‌کننده‌های قلیایی و بررسی آزمایشگاهی خصوصیات تازه (اسلامت فلو، T50، L-Box، قیف V و J رینگ) و خصوصیات سخت‌شده (مقاومت فشاری و کششی دو نیم شدن) بتن‌های ژئوپلیمرخودتراکم (SCGC) موردبررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از پرشدن آسان بتن در بخش‌های باریک و محدود، بهبود تراکم، استحکام پیوستگی مناسب با آرماتور، کاهش تعمیر و نگهداری، کیفیت بهتر بتن، کسب مقاومت بیشتر در زمان کوتاه‌تر، افزایش حدود70 درصدی مقاومت 28 روزه و 86 درصدی مقاومت 90 روزه بتن ژئوپلیمرخودتراکم نوع III نسبت به بتن با سیمان پرتلند (بتن مرجع) با عیار ثابت400 کیلوگرم بر مترمکعب می‌باشد. همچنین از دیگر مزایا می‌توان به عدم نیاز به ویبره زدن، استفاده از ضایعات صنعتی و کاهش آلودگی هوا، بهبود خواص مکانیکی (طبق نتایج آماری مقاومت‌های فشاری تا 65 مگاپاسکال) و همچنین کاهش هزینه کلی ساخت‌وساز بتن‌های خودتراکم ژئوپلیمری نسبت به نرخ کسب مقاومت بتن‌های خودتراکم معمولی، بتن‌های خودتراکم با درصدهای مختلف سرباره، بتن‌های معمولی ژئوپلیمری و بتن‌های معمولی اشاره کرد. با توجه به گران بودن فعال‌کننده‌های قلیایی در کشور، نبود دستگاه‌ها و زیرساخت‌های لازم جهت تولید پودرسرباره، عدم اطلاعات کافی در زمینه دوام بتن‌های ژئوپلیمری پیش‌بینی شده است که نتایج این مطالعه دامنه بتن‌های خودتراکم ژئوپلیمری (SCGC) را گسترش داده و در نتیجه فرصت‌های جدیدی برای صنعت ساخت‌وساز ایجاد کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

دینامیک سازه، زلزله و لرزه شناسی

عنوان مقاله [English]

Laboratory study of fresh and hardened properties of self-compacting geopolymer concrete and comparison with other concrete

نویسندگان [English]

Mahbobeh Mirzaie Aliabadi ¹
mohammad hossein soleymani ²
alireza dadpour ³

¹ Department of Civil Engineering,Faculty of Engineering,Behbahan Khatam Alanbia University of Technology

² Department of Civil Engineering,Faculty of Engineering,Behbahan khatam Alanbia University of Technology

³ Department of Civil Engineering,Faculty of Engineering,Behbahan khatam Alanbia University of Technology

چکیده [English]

One of the most important challenges facing civil engineering community besides cost, performance problems such as vibration, especially in thin sections, the smooth and concrete movement of reinforced and complex sections, is increased resistance with reducing or not using cement. The purpose of this research is to innovate in Portland cementless concrete industry, which is inspired by geopolymer technology and its incorporation in self-compacting concrete (SCC) to produce sustainable concrete, in order to reduce carbon emission from Portland cement (PC) production. In this regard, the furnaces slag as amorphous (cement replacement) and alkaline actuators are used and laboratory study was performed on the fresh properties (slump Flow, T50, L-Box, hopper V and J rings) and hardened properties (compressive and tensile strength). Results indicate easy filling in narrow sections, improved compression, good bonding strength, reduced maintenance, faster construction speed, about 70% increase in 28-day resistance and 86% in 90-day resistance of Type III geopolymer concrete with respect to Portland cement concrete (reference concrete) with constant grade of 400 kg / m3, Use of industrial waste and reduction of air pollution, Improve mechanical properties (according to statistical results of compressive strengths up to 65 MPa), Reduce the overall construction cost of self-compacting geopolymer concrete in comparison to the rate of acquisition of resistance of conventional self-compacting concrete, self-compacting concrete with different slag percentages, conventional geopolymer concrete and ordinary concrete. Due to the high cost of alkaline activators in the country, lack of equipment and infrastructure for slag powder, insufficient information on the durability of geopolymer concrete is predicted and thereby create new opportunities for the construction industry.

کلیدواژه‌ها [English]

Self-Compacting Geopolymer Concrete
Self-Compact Concrete
Alkali Activators
Geopolymer Cements
ground granulated blast furnace slag

مراجع

[[1]] B. Singh, G. Ishwarya, M. Gupta, S.K. Bhattacharyya, Geopolymer concrete: a review of some recent developments, Constr. Build. Mater. 85 (2015) 78–90.

[[1]] Nurdeen M. Altwair and Shahid Kabir, Green Concrete Structures By Replacing Cement With Pozzolanic Materials To Reduce Greenhouse Gas Emissions For Sustainable Environment, American Society Of Civil Engineers 6th International Engineering and Construction Conference (IECC’6), airo, Egypt, June 28-30, 2010

[[1]] Davidovits J. Geopolymers: inorganic polymeric new materials. Journal of Thermal Analysis 1991;37(8): 1633-56

[[1]] Chau-Khun Ma, Abdullah Zawawi Awang, Wahid Omar, Structural and material performance of geopolymer concrete, Construction and Building Materials 186 (2018) 90–102

[[1]] وحید بحرینی احسان الله ضیغمی " بتن های ژئوپلیمری خواص و کاربردها ," اولین کنفرانس ملی مصالح و سازههای نوین در مهندسی عمران، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته بهمن 1391

[[1]] C. Shi, D. Roy, and P. Krivenko, Alkali-Activated Cements and Concretes. CRC Press, 2006.

[[1]] Morin KA, Hutt NM. Environmental geochemistry of minesite drainage: Practical and case studies. Minesite Drainage Assessment Group (MDAG) Publishing, Vancouver,B.C.; 1997.

[[1]] Zeng X, Wu J, Rohlf RA. Seismic stability of coal-waste tailings dams. eotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics III, Proceedings of a SpecialtyConference, ASCE; 1998. p. 950-61.

[[1]] Nagaraj. V. K and D.L. Venkatesh Babu, Assessing the performance of molarity and alkaline activator ratio on engineering properties of self-compacting alkaline activated concrete at ambient temperature, Journal of Building Engineering, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.07.005

[[1]] D. Adak a, M. Sarkar b, S. Mandal , Effect of nano-silica on strength and durability of fly ash based geopolymer mortar, Construction and Building Materials 70 (2014) 453–459

[[1]] J. S. J. van Deventer, J. L. Provis, P. Duxson, and G. C. Lukey, “Reaction mechanisms in the geopolymeric conversion of inorganic waste to useful products,” J. Hazard. Mater., vol. 139, no. 3, pp. 506–513, Jan. 2007.

[[1]] F. Puertas, S. Martı́nez-Ramı́rez, S. Alonso, and T. Vázquez, “Alkali-activated fly ash/slag cements: Strength behaviour and hydration products,” Cem. Concr. Res., vol. 30, no. 10, pp. 1625–1632, Oct. 2000.

[[1]] J. L. Provis and S. A. Bernal, “Geopolymers and Related Alkali-Activated Materials,” Annu. Rev. Mater. Res., vol. 44, no. 1, pp. 299–327, Aug. 2014.

[[1]] K. Komnitsas and D. Zaharaki, “Geopolymerisation: A review and prospects for the minerals industry,” Miner. Eng., vol. 20, no. 14, pp. 1261–1277, Nov. 2007.

[[1]] P. Duxson, J. L. Provis, G. C. Lukey, S. W. Mallicoat, W. M. Kriven, and J. S. J. van Deventer, “Understanding the relationship between geopolymer composition, microstructure and mechanical properties,” Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp., vol. 269, no. 1–3, pp. 47–58, Nov. 2005

[[1]] ASTM-C1017:Standard Specification for Chemical Admixtures for Use in Producing Flowing Concret.

[[1]] EFNARC, The European Guidelines for Self-Compacting Concrete Specification, Production and Use, 2005.

[[1]] EFNARC, Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete, Norfolk, UK:

European Federation for Specialist Construction Chemicals and Concrete Systems, February

[[1]] BS EN 12390-3:2002, Testing hardened concrete – part 3: Compressive strength of test specimens; 2002.

[[1]] BS EN 12390-6:2000, Testing hardened concrete – part 6: Tensile Splitting strength of test specimens; 2000

[[1]] Yamini J. Patel, Niraj Shah, Development of self-compacting geopolymer concrete as asustainable construction material, Sustainable Environment Research 28 (2018) 412e421

[[1]] Muhd Fadhil Nuruddin, Samuel Demie, and Nasir Shafiq, Effect of mix composition on workability and compressive strength of self-compacting geopolymer concrete, Universiti Teknologi Petronas, Can. J. Civ. Eng. 38: 1196–1203 (2011)

[[1]] Davidovits, J., Geopolymer Chemistry and Applications, 2nd edition, Institut Geopolymer, Saint-Quentin, France, 2008

[[1]] Sofi, M., van Deventer, J. S. J., Mendis, P. A., Lukey, G. C., Engineering properties of inorganic polymer concretes (IPCs), Cement and Concrete Research, vol. 37, 2007, pp. 251–257.

[[1]] Song XJ, Marosszeky M, Brungs M, Munn R. Durability of fly ash based geopolymer concrete against sulphuric acid attack. 10DBMC International Conference On Durability of Building Materials and Components, Lyon, France; 2005.