بررسی تأثیرات استفاده از نیتروژن مایع بر خواص بتن در بتن ریزی هوای گرم

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

چکیده

آب‌وهوای گرم در حین بتن‌ریزی تأثیرات نامطلوبی را بر خواص بتن می‌گذارد. ازاین‌رو، روش‌های مختلفی توسط تولیدکننده‌های بتن برای پایین آوردن دمای بتن استفاده می‌شود که استفاده از نیتروژن مایع یکی از روش‌های نوین برای این منظور می‌باشد. نیتروژن مایع با داشتن دمایی در حدود 196- درجه سلسیوس قابلیت پایین آوردن دمای بتن به‌اندازه دلخواه را داشته و محدودیتی در مورد نسبت آب به سیمان ایجاد نمی‌کند. هدف این پژوهش بررسی تأثیرات استفاده از نیتروژن مایع بر خواص بتن از قبیل اسلامپ، زمان‌گیرش، مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی طی دو نوع عمل‌آوری مختلف است. در این تحقیق سه نوع مخلوط تهیه‌شده است، به‌این‌ترتیب که مخلوط اول، مخلوط کنترل بوده و دما به هنگام تهیه آن °C27 به‌دست‌آمده است. مخلوط دوم، مخلوط گرم با دمای °C40 و مخلوط سوم، مخلوط گرمِ سرد شده به‌وسیله نیتروژن مایع می‌باشد که دمای آن از °C40 به دمای مخلوط کنترل (°C27) کاهش داده ‌شده است. نتایج نشان می‌دهد که نیتروژن مایع توانسته مشخصات بتن در هوای گرم را بهبود ببخشد، به‌عنوان مثال در مورد زمان گیرش، نیتروژن مایع توانسته به ازای کاهش دما به میزان °C 15، گیرش اولیه را به میزان 17 درصد و گیرش نهایی را حدود 11 درصد به تأخیر بیندازد و به‌تبع آن فرصت کافی برای انجام عملیات جایدهی، تراکم و پرداخت بتن را فراهم آورد. همچنین مقایسه بین دو مخلوط کنترل و گرمِ سرد شده حاکی از آن است که در اکثر موارد، تفاوت چشم‌گیری بین این دو مخلوط دیده نمی‌شود و نیتروژن مایع توانسته عملکرد قابل قبولی در بتن‌ریزی هوای گرم داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effects of Liquid Nitrogen on Concrete Properties in Hot Weather Concreting

نویسندگان [English]

  • Ali Gholipur Azim 1
  • Hassan Afshin 1
  • Mohammad Charkhtab Basim 2
1 Faculty of Civil Engineering, Sahand university of Technology, Tabriz, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Sahand university of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Concrete structures are always affected by environmental conditions, and hot weather condition during mixing and casting impressively affect the performance of concrete. Concrete producers have been using different methods of reducing the temperature of concrete such as liquid nitrogen through direct injection of it into the drums of concrete trucks. Liquid nitrogen with having temperature of -196°C provide accurate temperature control and is not limited by the water-cement ratio as in the case of chilled water or ice. The purpose of this research was to investigate the effects of liquid nitrogen on concrete properties such as slump, setting time, compressive strength, tensile strength and flexural strength with two different curing methods. In this research, three mixtures were prepared: control, hot and LN-cooled. The temperature in control mixture was considered to be 27°C. Hot mixture which was made from materials stored for 72 hours at the desired temperature (50°C) to simulate hot weather condition, and the temperature in this mixture was obtained 40°C. The process in preparation of the LN-cooled mixture was the same with the hot mixture with the difference that, the temperature of the LN-cooled mixture was lowered to the control mixture (27°C). The results indicate that the liquid nitrogen improved the properties of concrete in hot weather and additionally the results show that the properties of concrete are relatively unaffected when cooled with liquid nitrogen to room temperature. Finally based on findings in this research, liquid nitrogen is an appropriate option in hot weather concreting.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hot Weather
  • Concreting
  • Temperature
  • Concrete Properties
  • Liquid Nitrogen
[1] Rao, M. (2016) Concrete In Hot Weather Conditions-Challenges-Precautions. Science and Research 5(1).
[2] Gajda, J., Kaufman, A. L., and Sumodjo, F. (2005) Precooling Mass Concrete: Liquid Nitrogen Proved to be the Best Alternative on the San Francisco-Oakland Bay Bridge. Concrete Construction, 50 (8), 36-40.
[3] Beaver, W. (2004) Liquid Nitrogen for Concrete Cooling. Concrete International, 26 (9), 93-95.
[4] Abdel-Raheem, M., Quintana, O., Morales, M., Marroquin-Villa, Y., Ramos, D., & Hernandez, S. (2018) Construction Methods Used for Controling Temperature in Mass Concrete Structures. In Creative Construction Conference 2018 (pp. 139-146). Budapest University of Technology and Economics.
[5] Nakane, S., Saito, H., and Ohike, T. (1992) Strength Development and Microstructure of Cement and Concrete Precooled with Liquid Nitrogen. Concrete in Hot Climates, E&FN Spon, London, UK, pp. 89-99.  
[6]  Hema, J. (2007) The Effects of Liquid Nitrogen on Concrete Hydration, Microstructure, and Properties, dissertation, The University of Texas at Austin, Austin, TX.
[7] Juenger, M. C., et al. (2010) Effects of liquid nitrogen cooling on fresh concrete properties. ACI Materials Journal, 107(2), 123.
[8] ASTM C143, Standard Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete, 2003.
[9] ASTM C191, Standard Test Method for Time of Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle, 2008.
[10] BS 12390, Testing hardened concrete- Part 3: Compressive strength of test specimens, 2001.
[11] ASTM C496, Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens, 2004.
[12] ASTM C293, Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam With Center-Point).
[13] Zeyad, A. M. (2019). Effect of curing methods in hot weather on the properties of high-strength concretes. Journal of King Saud University-Engineering Sciences31(3), 218-223.‏
[14] Almakhadmeh, M., & Soliman, A. M. (2021). Effects of mixing water temperatures on properties of one-part alkali-activated slag paste. Construction and Building Materials266, 121030.
[15] Rizzuto, J. P., Kamal, M., Elsayad, H., Bashandy, A., Etman, Z., Roos, M. N. A., & Shaaban, I. G. (2020). Effect of self-curing admixture on concrete properties in hot climate conditions. Construction and Building Materials261, 119933.