SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammadbagher Khalili khasragi
محمدباقر خلیلی خسرقی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
.Experimental study and analytical modeling of drying shrinkage of alkali activated slag concrete
In this thesis, it is aimed to proceed to investigate experimentally and present an analytical model of drying shrinkage of alkali activated slag concrete and the factors effective on it. Milled slag of Isfahan Iron Fusion Factory was activated by sodium hydroxide and sodium silicate solutions. By evolution of properties of activator solution and also its amount, kinds of mix designs were produced and amount of drying shrinkage and compressive strength were measured. Also, investigated effect of water to binder ratio, slag content, slump, paste setting and kinds of curing including bath curing, sealed curing and heat curing (50, 70 and 90 o C) on drying shrinkage and compressive strength of alkali activated slag concrete. In experimental studies, amount of alkali materials for sodium oxide to slag ratio was selected 3.5, 4.5, 5.5, 6.5 and 7.5 percent and also SiO 2 to Na 2 O ratio as 0.45, 0.65., 0.85 and 1.05. To measure of drying shrinkage of concrete, 285×75×75 mm prism specimens were used based on ASTM C157 standard for 20 mixed design. In order to investigate effect of curing specimen, effect of water to binder ratio, effect of slag content on volume of concrete, considering slump, setting time and compressive strength, mixed design was elected as base. In each kind of curing, different conditions are defined and in addition to investigate their effect on drying shrinkage, 28-day strength of every state was measured. Obtained results indicated that generally by increase of percentage of alkali materials (n) up to 6.5 percent and also increase of module of silicate of alkali materials (Ms), initial and final setting times decrease and compressive strength and drying shrinkage increase. To investigate effect of water to binder ratio, amount of this parameter was selected 0.35, 0.43, 0.5 and 0.55. The more increase of water to binder ratio of concrete, the more decrease of compressive strength and also the more increase of drying shrinkage. Increase of drying shrinkage rate in lower water to binding materials ratio is more obvious. By increase of content of slag from 300 to 400 kg/m 3 , amount of compressive strength increase in all ages but by increase of slag content from 400 to 500 and then 600 kg/m 3 , compressive strength decreases but in general by increase of slag content, drying shrinkage continuously increases. Seven-day bath curing and also heat curing in increased temperature up to 90 o C obtains the highest 28-day compressive strength compared to other methods; while 28-day bath curing and also heat curing (the higher temperature, the better curing) obtains the least amount of drying shrinkage. At last, according to the proposed models for ordinary concrete and experimental results, a model is presented to predict drying shrinkage in concretes of this research.
بتن به‌عنوان یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی ارزان قیمت با شکل‌پذیری مناسب در صنعت ساختمان می‌باشد. با توجه به میزان مصرف بالای بتن و نیاز روزافزون به تولید سیمان، توجه به اثرات مخرب زیست‌محیطی این ماده، ازجمله سهم حدود ? درصدی انتشار گاز CO 2 در جو، مصرف قابل‌ملاحظه‌ی انرژی از قبیل برق و سوخت فسیلی، امری اجتناب‌ناپذیر بوده و ارائه محصولات جایگزین جهت حرکت در مسیر توسعه‌ی پایدار، اصلی ضروری به شمار می‌آید. یکی از راه‌کارها، تولید بتنی سازگار با محیط‌زیست و با کاهش اثرات مخرب مرتبط با تولید سیمان پرتلند، همچون بتن‌های قلیافعال سرباره‌ای می‌باشد. بتن قلیافعال سرباره‌ای در مقایسه با بتن معمولی دارای مقاومت فشاری و کششی و دوام بیشتر، سرعت کسب مقاومت بالا، تخلخل و نفوذپذیری کمتر، میزان خزش پایین‌تر و مقاومت مناسب در برابر حملات شیمیایی است. این بتن نیز همانند بتن معمولی علی‌رغم همه‌ی محاسن ذکرشده دارای معایبی نیز می‌باشد؛ پایین بودن مقاومت کششی و افت بالا از نقاط ضعف این بتن محسوب می‌شود. در میان خواص بتن قلیافعال، افت یک خاصیت است که به‌ندرت موردمطالعه یا بررسی قرارگرفته است؛ بنابراین در این حوزه اطلاعات بسیار کمی گزارش یا منتشرشده است. به‌طورمعمول از افت به‌عنوان شایع‌ترین علت ترک‌خوردگی نام برده می‌شود. در اجزای سازه‌ای که تغییر شکل آن‌ها محدود شده است اگر کنترل‌های مربوطه انجام نشود، انقباض باعث کشش و درنتیجه ترک می‌شود که این امر می‌تواند به نارسایی سرویس، دوام و مقاومت برشی منجر شود. در این پایان‌نامه، به بررسی و ارائه مدل تحلیلی افت خشک‌شدگی بتن قلیافعال سرباره‌ای و عوامل مؤثر بر آن پرداخته شده است. سرباره‌ی آسیاب شده کارخانه ذوب‌آهن اصفهان توسط محلول هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم فعال شده است. با تغییر خصوصیات محلول فعال‌ساز و همچنین میزان آن انواع طرح اختلاط‌ها تولید و میزان افت خشک‌شدگی و مقاومت فشاری اندازه‌گرفته شده است. همچنین به بررسی تأثیر نسبت آب به چسباننده، عیار سرباره، اسلامپ و گیرش خمیر و انواع عمل‌آوری‌ها ازجمله عمل‌آوری در داخل آب، داخل پوشش پلاستیکی و دمای افزایش‌یافته (50، 70 و 90 درجه سانتی‌گراد) بر افت خشک‌شدگی و مقاومت فشاری بتن قلیافعال سرباره‌ای پرداخته شده است. در بررسی‌های آزمایشگاهی مقدار مواد قلیایی برای نسبت‌های سدیم اکسید به سرباره برابر 5/3، 5/4، 5/5، 5/6 و 5/7 درصد و همچنین نسبت‌های سلیسیم دی‌اکسید به سدیم اکسید برابر 45/0، 65/0، 85/0 و 05/1 انتخاب شد. برای اندازه‌گیری انقباض خشک‌شدگی بتن از نمونه‌های منشوری 75×75×285 میلی‌متری بر اساس استاندارد ASTM C157 برای 20 طرح اختلاط استفاده شد. به‌منظور بررسی تأثیر عمل‌آوری نمونه، تأثیر نسبت آب به چسباننده، تأثیر عیار سرباره در حجم بتن، با در نظر گرفتن اسلامپ، زمان‌گیرش و مقاومت، طرح اختلاطی به‌عنوان مبنا انتخاب شد. در هر نوع عمل‌آوری شرایط مختلفی تعریف شده و علاوه بر بررسی تأثیر آن‌ها بر روی افت خشک‌شدگی، مقاومت 28 روزه‌ی هر حالت نیز اندازه‌گیری شده است. نتایج حاصل نشان داد که به‌طورکلی با افزایش درصد مواد قلیایی (n) تا 5/6 درصد و همچنین افزایش مدول سیلیکات مواد قلیایی (Ms)، زمان‌گیرش اولیه و نهایی کاهش، مقاومت فشاری و افت خشک‌شدگی افزایش می‌یابند. برای بررسی تأثیر نسبت آب به چسباننده، مقدار این پارامتر 35/0، 43/0، 5/0 و 55/0 انتخاب شد. به ازای افزایش نسبت آب به مواد چسباننده بتن، مقاومت فشاری روندی نزولی و افت خشک‌شدگی روندی صعودی به خود گرفته است. نرخ رشد افت خشک‌شدگی در نسبت‌های آب به مواد چسباننده پایین‌تر مشهودتر است. با افزایش عیار سرباره از 300 به 400 میزان مقاومت فشاری در تمام سنین افزایش می‌یابد؛ اما با بالا رفتن میزان سرباره از 400 به 500 و سپس 600، مقاومت فشاری روند نزولی پیدا می‌کند اما در حالت کلی با افزایش عیار سرباره افت خشک‌شدگی به‌صورت پیوسته افزایش می‌یابد. عمل‌آوری به مدت 7 روز در داخل آب و همچنین در دمای افزایش‌یافته به 90 درجه سانتی‌گراد، بیشترین مقاومت فشاری 28 روزه را نسبت به سایر روش‌ها به دست می‌دهد؛ این درحالی است که عمل‌آوری به مدت 28 روز در داخل آب و همچنین عمل‌آوری در دمای افزایش‌یافته (هرچه دما بالاتر بهتر) کمترین میزان افت خشک‌شدگی را به دست می‌دهد. در پایان با توجه به مدل‌های پیشنهادشده برای بتن معمولی و نتایج آزمایشگاهی، مدلی برای پیش‌بینی افت خشک‌شدگی در بتن‌های این تحقیق ارائه شده است.