بررسی تأثیر انتقال حرارت از قالب بر خواص مکانیکی بتن خود‌تراکم

میرزائی علی آبادی, محبوبه; درخشان نژاد, امیرحسین; موسوی عبدالله نژاد, سید علی; هیتاوی, علی

doi:10.22065/jsce.2023.403066.3155

بررسی تأثیر انتقال حرارت از قالب بر خواص مکانیکی بتن خود‌تراکم

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

محبوبه میرزائی علی آبادی ¹

امیرحسین درخشان نژاد ²

سید علی موسوی عبدالله نژاد ³

علی هیتاوی ⁴

¹ استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

² دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران- سازه، دانشکده فنی و مهندسی امام حسین (ع)دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

³ دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

⁴ دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران

10.22065/jsce.2023.403066.3155

چکیده

بتن خودتراکم به طور گسترده در ساختمان ها، پل ها، روسازی های صنعتی و سایر سازه ها استفاده می شود. به دلیل استفاده گسترده از این ماده، پژوهشگران زیادی به بررسی خواص مکانیکی آن پرداخته اند. عوامل متعددی بر خواص تازه و مکانیکی بتن خودتراکم تأثیر گذار است که انتقال حرارت یکی از این عوامل می باشد. انتقال حرارت یک کمیت برداری است که از طریق رسانش، همرفت و تابش رخ می دهد. انتقال حرارت به جامدات، مخلوطی از ارتعاشات مولکولی و انتقال انرژی توسط الکترون های آزاد است. انتقال حرارت از قالب ها به بتن صورت گرفته و افزایش دمای قالب ها بر اطراف بتن متأثر است. بنابراین حرارت منتقل شده به قالب ها از هوا و انتقال آن به بتن می‌تواند باعث خرد شدن، پوسته پوسته شدن، ترک خوردن و کاهش مقاومت نهایی بتن شود. در این تحقیق به بررسی مدل عددی انتقال حرارت با انواع قالب های مختلف به بتن خودتراکم با نرم افزار آباکوس( (ABAQUSو نتایج آزمایشگاهی مقاومت فشاری بتن خودتراکم در دو قالب پلی پروپیلن و فولادی ST37 پرداخته شد. نتایج عددی نشان داد که انتقال حرارت از قالب پلی پروپیلن به محیط کلی بتن خودتراکم و به هسته مرکزی آن نسبت به قالب فولادی St37 حدود 61/50 و 62/66 درصد کاهش داشت و میانگین نتایج آزمایشگاهی مقاومت فشاری نهایی بتن نشان داد نتایج شکست از دستگاه فشاری تک محوره، بتن در قالب پلی پروپیلن نسبت به بتن در قالب فولادی St37 طی عمل آوری 7روزه و 28روزه 8/49% و7/28% افزایش یافت. با نتایج نشان داده شده از قالب پلی پروپیلن می توان اثر انتقال حرارت، دما و عوامل محیطی به بتن خودتراکم را کاهش داد و استفاده از آن در سازه های بتنی منجر به دوام بیشتر و افزایش مقاومت فشاری بالاتر نسبت به سایر قالب ها شود.

کلیدواژه‌ها

انتقال حرارت

بتن خودتراکم

نرم افزار آباکوس

قالب بتن(فولادی

مسی

الومینیومی

پلی پروپیلن)

موضوعات

مهندسی سازه و زلزله

عنوان مقاله English

Investigating the effect of heat transfer from the mold on the mechanical properties of self-compacting concrete with

نویسندگان English

Mahbobeh Mirzaie Aliabadi ¹

amir hossein derakhshan nezhad ²

Seyed Ali Mousavi Abdullah nezhad ³

Ali Hitavi ⁴

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

² Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, .Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, ,Iran

³ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, ,Iran

⁴ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering,.Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, ,Iran

چکیده English

Self-compacting concrete is widely used in buildings, bridges, industrial pavements and other structures. Due to the wide use of this material, many researchers have investigated its mechanical properties. Several factors influence the fresh and mechanical properties of self-compacting concrete, and heat transfer is one of these factors. Heat transfer is a vector quantity that occurs through conduction, convection and radiation. Heat transfer to solids is a mixture of molecular vibrations and energy transfer by free electrons. Heat transfer is from the molds to the concrete and the temperature increase of the molds affects the surrounding concrete. Therefore, the heat transferred to the molds from the air and its transfer to the concrete can cause crushing, flaking, cracking and reducing the final strength of the concrete. In this research, the numerical model of heat transfer with different types of molds to self-compacting concrete was investigated with ABAQUS software and the experimental results of the compressive strength of self-compacting concrete in polypropylene and ST37 steel molds. The numerical results showed that the transfer The heat from the polypropylene mold to the general environment of the self-compacting concrete and to its central core was reduced by about 61.50 and 62.66 percent compared to the St37 steel mold, and the average laboratory results of the final compressive strength of the concrete showed that the failure results from the uniaxial compression machine, Concrete in polypropylene mold increased by 8.49% and 7.28% compared to concrete in St37 steel mold during 7-day and 28-day curing. With the results shown from polypropylene mold, the effect of heat transfer, temperature and environmental factors can be seen and It reduces the self-compaction of concrete and its use in concrete structures leads to more durability and increased compressive strength compared to other form.

کلیدواژه‌ها English

Heat transfer

self-compacting concrete

Abaqus software

concrete mold(steel copper

aluminum

polypropylene

)

[1] Zeng .H, Lu .C, Zhang. L, Yang. T, Jin. M , Ma. Y, Liu. J,(2022), Prediction of Temperature Distribution in Concrete under Variable Environmental Factors through a Three-Dimensional Heat Transfer Model, Materials (Basel) , 15(4), 1510.

[2] Saetta, A., Scotta, R. Vitaliani, R.(1995), Stress analysis of concrete structures subjected to variable thermal loads. Journal of Structural Engineering, Volume 121 Issue 3, 446–457.

[3] Liu, Z. Zhang, J.(2006) study on the convective heat transfer coefficient of concrete in wind tunnel experiment. Journal China Civ. Eng ResearchGate. J. Issue 9, 39–42,- 61.

[4] Xiao, J. Song, Z. (2010) Analysis of solar temperature action for concrete structure based on meteorological parameters. China Civ. Eng. J, 43, 30–36.

[5] John A. Duffie, William A. Beckman, Blair. N,(2020) Solar Engineering of Thermal Processes, Photovoltaics and Wind, USA, John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, 928 Pages.

[6] Schindler, A. Ruiz, J. Rasmussen, R. Chang, G. Wathne, L.(2004) Concrete pavement temperature prediction and case studies with the FHWA HIPERPAV models. journal ISSN 0958-9465. Concr. Compos, 26, 463–471.

[7] Cho, B. Park, D. Kim, J. Hamasaki, H.(2017) Study on the heat-moisture transfer in concrete under real environment. Constr. Build. Mater, 132, 124–129.

[8] Benkhaled, M. Ouldboukhitine, S.-E. Bakkour, A. Amziane, S.(2021)A 1D Model for Predicting Heat and Moisture Transfer through a Hemp-Concrete Wall Using the Finite-Element Method. Materials, 14, 6903.

[9] Qian, G. He, Z. Yu, H. Gong, X. Sun, J.(2020) Research on the affecting factors and characteristic of asphalt mixture temperature field during compaction. Constr. Build. Mater, 257, 119509.

[10]Shen, Y. Lv, Y. Yang, H. Ma,W. Zhang, L. Pan, J. (2022). Effect of different ice contents on heat transfer and mechanical properties of concrete. Cold Regions Science and Technology.Volume 199, 103-570.

[11]Wang, Y. Zhu, J. Sun, Y. (2023). Multi-scale modeling and simulation of bidirectional coupled moisture and heat transfer in concrete. Journal of Building Engineering.Volume 74.106-856.

[12]Guo, Y. Liu, Y. Wang, W. Zhang, Y. Wang, Z. Jiang, L. (2020). A study on heat transfer performance of recycled aggregate thermal insulation concrete. Journal of Building Engineering.Volume 32.101-797.

[13]Tu, J. Wang, Y. Zhou, M. Zhang,Y. (2021). Heat transfer mechanism of glazed hollow bead insulation concrete.Journal of Building Engineering.Volume 40. 102-629.

[14]Marzak, M, E. Ben Aicha,M. Lamrani, B. Alaoui, A, H. (2022). Analysis of the heat transfer time in rubber aggregate concrete as a function of humidity percentage at very high temperature.Materials Today,Proceedings.Volume 57. Pages 786-792.

[15]Rezaei Talebi, H. Anak Kayan, B. Asadi, I. Fitri Bin Abu Hassan, Z.(2020). Investigation of Thermal Properties of Normal Weight Concrete for Different Strength Classes.Journal of Environmental Treatment Techniques. Volume 8, Issue 3, Pages: 908-914

[16] Qolipourazim.A, Afshin.H, Charhtab Basim.M.(2021)Investigating the effects of using liquid nitrogen on the properties of concrete in hot air concreting. Scientific-Research Journal of Structural and Construction Engineering, Volume, 8, No, 278-291.

[17] Dicleli M, Bruneau M.(1995) Seismic performance of single-span simply supported and continuous slab-on-girder steel highway bridges. Journal of Structural Engineering, ASCE; 121(10): 1497-1506.

[18] AASHTO. (2007) LRFD bridge design specifications (4th ed.). Washington (DC): American Association of State Highway and Transportation Officials.

[19] Chopra AK. (2001)Dynamics of structures: Theory and applications to earthquake engineering (2nd ed.), Prentice Hall, Englewood Cliffs, .

[20] Li, W. Lin, X. Wen Bao, D. Min Xie, Y.(2022) A review of formwork systems for modern concrete construction, Journals Structures Volume 38, April, Pages 52-63.

[21] Encyclopaedia of Ahanalat, Ahan Mills, published on November 27, (2021), and concrete molding; Its types and characteristics, Farnaz Bayria.

[22]ny-engineers, March 8, (2019),Types of Formwork for Concrete Structures, Nick Natsoulis.

[23]Rezaie.f , Sayad Sedgh Herfeh. n, (2023), scientific-research journal of structural and construction engineering, volume 10, number 2, pages 232 to 253.

[24]Dadpur. A. (2016) Laboratory investigation of the effect of granulation and volume ratio of coarse grains on fresh properties of self-compacting concrete. the coach. Master's Degree in Engineering and Construction Management of Khatam Al Anbia University of Technology.