مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تأثیر سرباره مس به‌عنوان سنگدانه ریز بر خواص مکانیکی و پایداری بتن شکل‌پذیر با ‏عملکرد بالا

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، نور، ایران ‏
2 استاد و هیات علمی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
3 دانشیار و هیأت علمی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، نور، ایران
4 استادیار و هیأت علمی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، نور، ایران ‏
10.22065/jsce.2026.575431.3920
چکیده
بتن‌های فوق شکل‌پذیر‎ (UHDC) ‎به دلیل خواص مکانیکی برتر، شکل‌پذیری بالا و دوام طولانی، در سازه‌های مدرن اهمیت ویژه‌ای ‏یافته‌اند. استفاده از مواد بازیافتی، به ‌ویژه سرباره مس، می‌تواند ضمن کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت ساخت و ساز، خواص مکانیکی ‏بتن را تحت تأثیر قرار دهد. با این وجود، تأثیر جایگزینی درصدهای مختلف سنگدانه‌های سنتی با سرباره مس بر عملکرد فشاری و ‏کششی‎ UHDC ‎هنوز به ‌طور جامع بررسی نشده است‎.‎‏ در این تحقیق آزمایشگاهی، نمونه‌هایی با جایگزینی ۳۵، ۷۰ و 100 درصد ‏سنگدانه‌های طبیعی با سرباره مس تولید و با حضور 0/2 درصد حجمی الیاف فولادی تقویت شدند. خواص مکانیکی شامل چگالی، ‏مقاومت فشاری و کششی غیرمستقیم مورد ارزیابی قرار گرفت و نقش اثر پرکنندگی ذرات و کیفیت ناحیه انتقال وجهی‎ (ITZ) ‎مورد ‏بررسی قرار گرفت‎.‎‏ نتایج نشان داد که استفاده از سرباره مس به افزایش خطی چگالی بتن تا 4/10 درصد و ارتقای مقاومت فشاری در ‏بازه 8/6 تا 2/12 درصد منجر شد، که این اثر ناشی از تراکم بیشتر ماتریس و فعالیت پوزولانی ثانویه است. در مقابل، مقاومت کششی ‏غیرمستقیم با افزایش درصد سرباره مس کاهش قابل توجهی (9/11 تا 9/34 درصد) نشان داد، به دلیل بافت صیقلی و شیشه‌ای سرباره ‏که مکانیسم قفل و بست مکانیکی را کاهش می‌دهد. سنگدانه رودخانه‌ای، با وجود اثر مشابه در افزایش چگالی و مقاومت فشاری، توانست ‏مقاومت کششی را تا 6/2 درصد بهبود دهد. حضور الیاف فولادی، نقش کلیدی در تغییر ماهیت شکست از ترد به نرم و جلوگیری از ‏فروپاشی ناگهانی نمونه‌ها حتی در مخلوط‌های حاوی ۱۰0 درصد سرباره داشت. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ترکیب بهینه سرباره مس ‏و الیاف فولادی می‌تواند همزمان مقاومت فشاری و دوام مکانیکیUHDC ‎‏ را بهبود دهد و کاربرد مؤثری برای استفاده از مواد بازیافتی در ‏بتن‌های پیشرفته فراهم کند.‏
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of copper slag as fine aggregate on mechanical properties and ‎sustainability of high-performance concrete

نویسندگان English

Seyed Kasra Kiaeian Mousavi 1
Mehdi ِDehestani 2
Sepideh Rahimi 3
Mohamad Hoseinzadeh 4
1 PhD Candidate, Faculty of Civil Engineering, No.C., Islamic Azad University, Noor, Iran‎
2 Professor, Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran‎
3 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, No.C., Islamic Azad University, Noor, Iran‎
4 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, No.C., Islamic Azad University, Noor, Iran
چکیده English

Ultra-high ductile concrete (UHDC) has gained significant attention ‎in modern construction due to its superior mechanical properties, ‎high ductility, and long-term durability. The incorporation of ‎recycled materials, particularly copper slag, offers a sustainable ‎approach to reduce the environmental footprint of the construction ‎industry, while potentially influencing the mechanical performance ‎of concrete. However, the effect of replacing natural aggregates with ‎varying proportions of copper slag on the compressive and tensile ‎performance of UHDC has not been comprehensively investigated.‎‏ ‏In this experimental study, UHDC specimens were prepared with 35, ‎‎70, and 100% replacement of natural aggregates by copper slag ‎and reinforced with 2 vol.% steel fibers. Mechanical properties, ‎including density, compressive strength, and splitting tensile ‎strength, were evaluated, with particular attention to particle ‎packing effects and the quality of the interfacial transition zone.‎‏ ‏The ‎results demonstrated that copper slag increased the concrete density ‎linearly by up to 10.4% and enhanced compressive strength by 6.8–‎‎12.2%, attributed to improved matrix packing and secondary ‎pozzolanic reactions. Conversely, splitting tensile strength decreased ‎significantly with higher slag content (11.9–34.9%) due to the ‎smooth, glassy texture of copper slag, which reduced mechanical ‎interlocking. In contrast, river sand, while providing similar ‎compressive benefits, improved tensile strength by 2.6% due to ‎better matrix bonding. The addition of steel fibers played a critical ‎role in transforming the failure mode from brittle to ductile, ‎preventing sudden collapse even in specimens containing 100% ‎slag. These findings indicate that an optimized combination of ‎copper slag and steel fibers can simultaneously enhance the ‎compressive strength and mechanical performance of UHDC, ‎offering a viable pathway for incorporating recycled materials in ‎advanced concrete systems.‎

کلیدواژه‌ها English

HPDC
Copper Slag
Fine Aggregate
Mechanical Tests
Sustainability
High-Performance Concrete

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 10 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 08 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 06 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 10 مرداد 1405