مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

سنجش مقاومت بتن با سنگ‌دانه بازیافتی از طریق مشخصه‌های میکروساختاری بر پایه SEM: یک رویکرد میکروتخریبی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
2 دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران.
3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
10.22065/jsce.2026.606817.4179
چکیده
ارزیابی خواص مکانیکی بتن حاوی سنگ‌دانه‌های بازیافتی (RAC) به‌دلیل ناهمگنی ذاتی سنگ‌دانه‌ها و پیچیدگی ناحیه انتقال بین‌سطحی (ITZ) همچنان چالش‌برانگیز است. این پژوهش قابلیت استفاده از توصیف‌گرهای ریزساختاری مبتنی بر تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) را برای تخمین مقاومت RAC بررسی می‌کند. بدین منظور، شش توصیف‌گر شامل تراکم ریزساختاری، ضخامت ITZ، نسبت درگیری الیاف، میزان پرشدگی منافذ سنگ‌دانه‌های بازیافتی، پیچ‌وخم‌داری شبکه ترک‌ها و شاخص پیوستگی ذرات از تصاویر SEM استخراج و در قالب عدد عملکرد ریزساختاری (MPN) تلفیق شدند. برای ایجاد رابطه میان MPN و عملکرد مکانیکی، یک پایگاه داده آزمایشگاهی شامل ۴۸ طرح اختلاط با درصدهای مختلف سنگ‌دانه بازیافتی (۰ تا ۱۰۰ درصد)، الیاف بازالت (۰ تا ۲ درصد) و مواد چسباننده شامل سیمان، دوده سیلیسی، خاکستر بادی و ترکیب دوده سیلیسی–خاکستر بادی به کار گرفته شد. مدل‌های رگرسیون نمایی غیرخطی برای تخمین مقاومت‌های فشاری، کششی و خمشی توسعه یافتند. این مدل‌ها به‌ترتیب ضرایب تعیین R2 برابر با ۰٫۹۲، ۰٫۸۸ و ۰٫۸۹ نشان دادند. نتایج نشان داد که توصیف‌گرهای استخراج‌شده از SEM می‌توانند ارتباطی معنادار میان ویژگی‌های ریزساختاری و عملکرد مکانیکی RAC برقرار کنند و مبنایی برای تخمین مقاومت با رویکردی ریزمخرب فراهم آورند. همچنین، مخلوط‌های حاوی حدود ۵۰ درصد سنگ‌دانه بازیافتی، ۰٫۵ تا ۱ درصد الیاف بازالت و ترکیب دوده سیلیسی–خاکستر بادی، بالاترین عملکرد ریزساختاری را نشان دادند. بنابراین، چارچوب پیشنهادی علاوه بر ارزیابی مقاومت، می‌تواند به بهینه‌سازی طرح اختلاط بتن بازیافتی بر پایه اطلاعات ریزساختاری کمک کند
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of Recycled Aggregate Concrete Strength via SEM-Based Microstructural Descriptors: A Micro-Destructive Approach

نویسندگان English

Mohammad Mahdi Hajialiani 1
Mohammad Reza Habibi 2
Mohammad Hadi Tavana 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Civil Engineering, Ka.C., Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
2 Department of Civil Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Ka.C., Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده English

Assessing the mechanical properties of recycled aggregate concrete (RAC) remains challenging due to the inherent heterogeneity of recycled aggregates and the complexity of the interfacial transition zones (ITZ). Although Scanning Electron Microscopy (SEM) has been widely used to investigate the microstructure of conventional concrete, its applicability for evaluating the mechanical performance of RAC has not been sufficiently examined. This study investigates whether SEM based microstructural descriptors can be used to estimate the mechanical properties of RAC. Six microstructural descriptors—including microstructural density, ITZ thickness, fiber engagement ratio, recycled pore filling, crack network tortuosity, and Particle Bound Index—were quantified from SEM images and integrated into a Microstructural Performance Number (MPN). An experimental database consisting of 48 mix designs incorporating different levels of recycled aggregates (0–100%), basalt fibers (0–2%), and binder compositions (plain cement, silica fume, fly ash, and combined SF+FA) was used to establish relationships between the microstructural indicators and the macroscopic mechanical strengths of concrete. Non linear exponential regression models were developed to relate the MPN to compressive, tensile, and flexural strengths. The proposed models showed coefficients of determination (R²) of 0.92, 0.88, and 0.89, respectively. The results indicate that SEM derived microstructural descriptors can provide a meaningful link between microstructural characteristics and the mechanical performance of RAC, offering a micro destructive approach for strength estimation. The findings further demonstrate that, within the proposed SEM based framework, an optimal RAC composition can be identified. Mixtures incorporating approximately 50% recycled aggregates, 0.5–1% basalt fibers, and combined silica fume–fly ash exhibited the highest microstructural performance, indicating the framework’s capability not only for strength assessment but also for microstructure-informed mix optimization.

کلیدواژه‌ها English

Recycled aggregate concrete
Microstructure
SEM
ITZ
Regression

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 16 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 21 مهر 1405
  • تاریخ بازنگری 03 آبان 1405
  • تاریخ پذیرش 16 آبان 1405