Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Madhkhan
مرتضی مدح خوان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Eslaminia
زهرا اسلامی نیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Study of the effects of phase change materials in concrete of pavement with terms of mechanical properties and durability
Study of the effects of phase change materials in concrete of pavement with terms of mechanical properties and durability Zahra eslaminia z.eslaminia@cc.iut.ac.ir October, 20, 2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc Language: Farsi Supervisor: Dr. Morteza Madhkhan madhkhan@cc.iut.ac.ir Cold and icy winter’s climatic condition in the western and northwestern regions in Iran imposes significant annual maintenance costs of the road industry. One of the most important environmental factors that cause irreparable damage to concrete pavements is the de-icing operation of the pavement concrete surface, such as the use of deicing salt and freeze-thaw cycles. Investigating the effects of freeze-thaw cycles on concrete durability and providing solutions to increase pavement durability against this phenomenon has been an important issue in the past few years. Recently, phase change materials have been considered due to their ability to absorb and release significant amounts of latent heat during the phase change process. Using phase change materials is one of the new solutions to increase the durability of concrete against freeze-thaw cycles, as well as de-icing the concrete surface without the use of deicing salt and its destructive effects on the environment and the durability of pavement concrete. In the current study, Lica and Scoria aggregates were used as carriers of phase change material (polyethylene glycol grade 400), by replacing lightweight coarse and fine aggregates with normal coarse and fine aggregate in various mixing designs and the mechanical properties and durability of concrete have been investigated. Compressive strength tests lasted of 7, 28 and 90 days, flexural strength of 28 days. Additionally the Brazilian tensile strength of 28 days as well as durability tests including water absorption, permeability and freeze-thaw cycles have been performed. According to the results of the experiments, the mechanical properties have decreased with increasing the amount of aggregate containing the phase change material in the concrete. Nevertheless, concrete with a compressive strength of more than 25 MPa is still within the range of structural use in all mixing designs. Increasing the amount of aggregates containing phase change material in concrete improves the durability characteristics and the percentage of water absorption has decreased to 46% and permeability to 34%. The results also showed that the process of decreasing the compressive strength of the samples slows down after the application of freeze-thaw cycles. Also, the compressive strength drop due to freeze-thaw cycles is improved by up to 24%. Key Words Concrete pavement, Phase change materials, Lightweight aggregate, Mechanical properties, Durability characteristics.
شرایط آب و هوایی ایران با زمستان‌های سرد و یخبندان در نواحی غربی و شمال غربی سالانه هزینه‌های قابل ملاحظه‌ای بابت تعمیر و نگهداری به صنعت راه تحمیل می­کند. یکی از مهم­ترین عوامل محیطی که خسارات جبران ناپذیری را به روسازی‌های بتنی وارد می‌آورد، عملیات یخ‌زدایی سطح بتن روسازی مانند استفاده از نمک یخ‌زدا و سیکل‌های یخ و ذوب می‌باشد. بررسی اثرات چرخه‌های یخ و ذوب بر دوام بتن و ارائه­ی راهکارهای افزایش دوام روسازی در برابر این پدیده به عنوان یک مسئله‌ی حائز اهمیت در چند سال گذشته مطرح بوده است. در سال‌های اخیر، مواد تغییر فاز دهنده به دلیل توانایی جذب و آزاد­­سازی مقدار قابل‌ توجهی گرمای نهان در طی فرآیند تغییر فاز مورد توجه قرارگرفته‌اند. از راهکارهای جدید افزایش دوام بتن در برابر چرخه­های یخ و ذوب و همچنین یخ‌زدایی سطح بتن بدون استفاده از نمک یخ‌زدا و تأثیرات مخرب آن بر محیط زیست و دوام بتن روسازی، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. در این پژوهش از سبک­دانه­های لیکا و اسکوریا به عنوان حامل ماده­ی تغییر فاز دهنده­ی پلی اتیلن گلیکول رده­ی 400 استفاده شده است. با جایگزین کردن درشت­دانه و ریزدانه­ی سبک به جای شن و ماسه­ی معمولی در طرح اختلاط‌های مختلف، مشخصات مکانیکی و دوام بتن مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش­های مقاومت فشاری 7، 28 و 90 روزه، مقاومت خمشی 28 روزه، مقاومت کششی برزیلی 28 روزه و همچنین آزمایش­های دوام شامل جذب آب، نفوذناپذیری و سیکل­های یخ و ذوب انجام شده است. مطابق نتایج به دست آمده از آزمایش‌های انجام شده، با افزایش مقدار سبک­دانه­ی حاوی ماده­ی تغییر فاز دهنده‌ در بتن، خصوصیات مکانیکی کاهش یافته­اند. با وجود این، همچنان بتن با مقاومت فشاری بالای 25 مگا پاسکال در همه­ی طرح­ اختلاط­ها، در محدوده­ی استفاده­ی سازه­ای قرار دارد. افزایش مقدار سبک­دانه­ی حاوی ماده­ی تغییر فاز دهنده‌ در بتن، باعث بهبود مشخصه­های دوام می­شود. به طوری که درصد جذب آب تا 46 درصد و نفوذپذیری تا 34 درصد کاهش یافته­اند. روند افت مقاومت فشاری نمونه­­ها بعد از اعمال سیکل­های یخ و ذوب کند می­شود. همچنین افت مقاومت فشاری ناشی از چرخه­های یخ و ذوب تا 24 درصد بهبود می­یابد. کلمات کلیدی: روسازی بتنی، مواد تغییر فاز دهنده، سنگ دانه­ی سبک، خصوصیات مکانیکی، مشخصه­های دوام

ارتقاء امنیت وب با وف بومی