SUPERVISOR
Mohammad-Reza Chamani,Morteza Madhkhan
محمدرضا چمنی (استاد مشاور) مرتضی مدح خوان (استاد راهنما)
STUDENT
Hossein Koohsari
حسین کوهساری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
The effects of using the grouts containing pozzolan and bentonite to repair cracks for controling leakage through cracks in the water conveyance canals
Given that Iran will face a water crisis in the coming decades, more attention has been paid to resolve the problem. Today, the use of concretes with low permeability in many offshore structures has been the subject of interest for design engineers. In water conveyance canals, which are mainly made of concrete, water losses occur through surface and deep cracks. In addition, leakage of water through cracks in the concrete can cause problems such as freezing, consecutive moistening and drying, chemical attacks (if any) and thereby, the failure of the concrete and the loss of financial resources. The use of grout to repair cracks is one of the most effective ways to control leakage in water conveyance canals, because both economically and environmentally it is more appropriate than other methods. The present thesis was performed in two parts. In the first part, various tests were conducted to determine the most effective grout to reduce the amount of water leakage through concrete specimens. To choose the best mix design, various admixtures such as bentonite, silica fume and nano silica, mix designs were added. The parameters considered in this study were the ratio of W/C, and weight percentage of Bentonite, silica fume and nano silica. The effect of these parameters on compressive strengths of 7, 28 and 90 days, flowability and bleeding and expansion of grouts were investigated. Results showed that by increasing the value of W/C, the compressive strength of specimens reduces, while the flowability and bleeding of specimens increase. Increase of bentonite in the mix containing bentonite only has a slight reduction on the compressive strength at early age, improving as the age increases. The combination of bentonite with silica fume or nano silica increases considerably the compressive strength and reduces bleeding of the grout. Among them, silica fume has the greatest impact on reduction of grout bleeding. After reviewing the results of various tests, three designs were selected as the optimal mix designs. In the second part, methods for repairing cracks in the concrete samples to reduce water leakage were investigated. To create artificial cracks in the specimens, Brazilian tensile test were used. Based on previous findings, three cracks with widths of 100, 200, and 400 microns were considered. Cracks were repaired by two methods; i.e., manual injection and pressure injection. Permeability tests with pressure of 0.2 and 5 bars were performed to measure the amount of water leakage, using concrete permeability apparatus. In the present work, the amount of water leaking from the cracks was measured instead of the penetrated depth of water inside the sample. The water Leakage of the concrete specimens before and after crack repairs was measured. The results showed that repairing the cracks with grout reduces the leakage and cracks with more width gives better results; i.e., the greater the width, the le the leakage. With pressure injection, less water leakage occurs. Mix design contains silica fume and 1% bentonite was selected as the best mix design to reduce the water leakage. Key words : Grout, Bentonite, Silica fume, Nano silica, Water Canal, Leakage of water
با توجه به اینکه کشور ایران در دهههای آینده با بحران آب روبرو خواهد شد، توجه به کاهش هدر رفت آب بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. امروزه استفاده از بتنهای با نفوذپذیری کم در بسیاری از سازههای آبی مورد توجه مهندسین طراح بوده است؛ اما به دلایل اجتنابناپذیری این سازهها دچار نقص شده و در نتیجه ترک میخورند. کانالهای انتقال آب که عمدتاً از بتن مسلح ساخته میشوند، در اثر ترکهای سطحی و عمقی که در آنها ایجاد میگردد، باعث هدر رفتن آب در طول مسیر خود میشوند. از طرفی نشت آب در داخل بتن از طریق ترکها میتواند باعث مشکلاتی نظیر اثر یخزدگی، تر و خشکشدگی متوالی، حملات شیمیایی (در صورت وجود) و به طور خلاصه تخریب بتن و از دست رفتن منابع مالی شود. استفاده از گروت برای ترمیم ترکها، یکی از مؤثرترین راهها برای مقابله با نشت آب در کانالهای انتقال آب میباشد؛ چراکه هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ زیستمحیطی برای ترمیم آنها، نسبت به دیگر روشها، مناسبتر است. این پایاننامه در دو بخش انجام شد. در بخش اول با انجام آزمایشهای مختلف بر روی گروت، بهترین گروت انتخاب شده و سپس تأثیر این گروت در کاهش میزان نشت آب بر روی نمونههای بتنی بررسی شد. در طرحهای اختلاط، افزودنیهای مؤثر شامل بنتونیت، میکروسیلیس و نانوسیلیس درنظر گرفته شد. پارامترهای در نظر گرفته شده در این تحقیق نسبت W/C، درصد وزنی بنتونیت، میکروسیلیس و نانوسیلیس بودند. تأثیر عوامل فوق بر روی مقاومت فشاری 7، 28 و 90 روزه، روانی و آبانداختگی و انبساط گروت بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش نسبت W/C مقاومت فشاری نمونهها کم و روانی و آبانداختگی نمونهها زیاد میشود. افزایش بنتونیت در طرح حاوی بنتونیت تنها، تأثیر کاهشی اندکی بر روی مقاومت فشاری در سنین اولیه دارد و با افزایش سن نمونهها مقاومتها تقریباً با طرح شاهد برابر میشوند. ترکیب بنتونیت با میکروسیلیس یا نانوسیلیس تأثیر زیادی بر افزایش مقاومت فشاری دارد. همچنین این طرحها تأثیر زیادی در کاهش آب انداختگی گروت دارند. دراینبین میکروسیلیس بیشترین تأثیر را در کاهش آبانداختگی گروت دارا میباشد. پس از بررسی نتایج آزمایشهای مختلف 3 طرح به عنوان طرح بهینه انتخاب شدند. در بخش دوم این پایاننامه، روشهای ترمیم ترکها در بتن به منظور کاهش نشت آب بررسی شد. برای ایجاد ترک مصنوعی در نمونهها از آزمایش کشش برزیلی استفاده شد. با توجه به اندازه گیریهای انجام شده و تحقیقات محققین، سه نوع ترک با عرضهای 100، 200، و 400 میکرون جهت ترمیم، در نظر گرفته شد. ترکها به دو روش تزریق دستی و تحت فشار ترمیم شدند و آزمایش نفوذپذیری تحت دو فشار 2/0 بار و 5 بار جهت اندازهگیری میزان نشت آب انجام شد. آزمایش نشت آب توسط دستگاه نفوذپذیری بتن انجام شد، با این تفاوت که ملاک اندازهگیری در این تحقیق میزان آب نشت کرده از ترکها به جای عمق نفوذ آب در بتن بود. آزمایش میزان نشت آب بر روی ترکها قبل و بعد از ترمیم ترکها انجام شد و نتایج آنها با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد که ترمیم ترکها با استفاده از گروت، برای ترکهای با عرض بیشتر نتیجهی بهتری می دهد؛ هر چه عرض ترک بیشتر باشد، میزان نشت آب کمتر خواهد بود. در روش ترمیم تحت فشار، نشت آب کمتری صورت میگیرد. طرح حاوی میکروسیلیس و 1 درصد بنتونیت به عنوان بهترین طرح جهت کاهش نشت آب انتخاب شد. کلمات کلیدی : گروت، بنتونیت، میکروسیلیس، نانوسیلیس، کانال آب، نشت آب