SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Razieh Kadkhodaei
راضیه کدخدائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Experimental study and analytical modeling of drying shrinkage of one-part lightweight alkali-activated slag concrete
Currently, the issue of replacing Ordinary Portland Cement (OPC) with new binders to reduce carbon dioxide (CO2) emissions from cement production and improve the performance of concrete made with Portland cement is now accepted. It is believed by many researchers to be an alkaline binder made from a mixture of aluminosilicates and alkali activators due to its positive environmental effects and good performance such as high mechanical properties, high acid resistance, fire, freeze and thaw and abrasion compared to conventional concrete, it can be a good replacement for Portland cement. Much of the research on alkali-activated binder is on alkali-activated slag. Slag is a by-product of the iron industry, and because of its high calcium content, it has a special place in the production of alkali-activated binders. Conventional alkali-activated are two-part that composed of two components with water. Two-part alkali-activated are viscous, hard, and, as such, difficult to handle and non-user friendly and more expensive than dry matter. To solve the problems caused by two-part alkali-activated binders, one-part alkali-activated binders have been proposed which are consist of a solid aluminosilicate precursor, a solid alkali source and possible additives in combination with water. One-part alkali-activated binders, in addition to solve the above problems, are suitable in cast-in-situ applications. Therefore, the development of one-part alkali-activated binders are an important step towards commercialization and mass production of this product. But concerns about the lack of knowledge of the long-term properties of these types of concrete have prevented their widespread use in construction. Shrinkage occurs as water enters and exits the concrete, causing volumetric changes in the concrete and causing axial deformation in the concrete, which can lead to significant deformation. In structural components whose deformation is restricted, if the controls are not implemented, the shrinkage will cause tension and consequently crack which can lead to service failure and durability. In structural design, the weight of the structure is very important as a large part of the total load on the structure. Reducing the weight of the structure reduces the gravity loads and lateral forces caused by the earthquake and reduces the size of the structural members and saves material consumption. It is also important to check the shrinkage in lightweight concrete. The main purpose of this study was to produce one-part lightweight alkali-activated slag concrete and to investigate its compressive strength and drying shrinkage performance under different parameters. In this research, Leca (lightweight aggregate), slag, sodium metasilicate (5H2O) was used for making samples. In order to investigate the effect of processing conditions on the performance of this type of concrete, two types of water curing and plastic cover curing were selected. Variable parameters in this study included slag with two amounts of 400 and 475 kg / m3, sodium metasilicate ratio of 0.18 and 0.20 and aggregates composition of fine and coarse aggregate and lightweight Leca. The compressive strength of the specimens was measured at 7, 28 and 90 days and was applied to the specimen for 180 days after curing for measuring drying shrinkage. The results showed that increasing the slag grade in the concrete mix increased the compressive strength as well as the increase in the drying shrinkage in the one-part lightweight alkali-activated slag concrete. Increasing the amount of sodium metasilicate in the binder also increased the compressive strength and drying shrinkage. The effect of type of curing on drying shrinkage showed that the plastic cover curing resulted more drying shrinkage of samples. In the study of the composition of lightweight and usual aggregates, it was observed that sand-coarse Leca composition caused the highest compressive strength and drying shrinkage. Finally, based on the proposed models for ordinary concrete and the experimental results, an analytical model to predict the drying shrinkage of the samples of this study is presented.
در در حال حاضر موضوع جایگزینی سیمان پرتلند (OPC) با چسبانندههای جدید به منظور کاهش تولید گاز کربندیاکسید(CO 2 ) ناشی از تولید سیمان و بهبود عملکرد بتن ساختهشده با سیمان پرتلند، پذیرفته شدهاست. به اعتقاد بسیاری، چسباننده قلیافعال تهیه شده از اختلاط آلومینوسیلیکاتها و فعالکنندههای قلیایی به علت تاثیرات مثبت زیستمحیطی و عملکرد مناسب مانند خواص مکانیکی بالا، مقاومت بالا در مقابل اسید، آتش، یخ و ذوب و سایش نسبت به بتن معمولی، میتواند جایگزین مناسبی برای سیمان پرتلند باشد. بخش عمدهای از تحقیقات مربوط به چسبانندههای قلیافعال، بر روی سرباره فعالشده قلیایی میباشد. سرباره محصول جانبی صنعت تولید آهن است و به دلیل کلسیم بالایی که دارد، در تولید چسبانندههای قلیافعال جایگاه ویژهای پیدا کردهاست. فعالکنندههای متعارف، دوجزئی هستند که از ترکیب دو جزء همراه با آب تشکیل شدهاند. فعالکنندههای دوجزئی چسبناک، سخت و غیر کاربرپسند هستند و همچنین حمل محلولها نسبت به مواد خشک گرانتر میباشد. برای حل مشکلات ایجادشده توسط چسبانندههای قلیافعال دوجزئی، چسبانندههای قلیافعال تک جزئی مطرح شدند که از ترکیب یک ماده جامد آلومینوسیلیکاتی، یک منبع قلیایی جامد و افزودنیهای احتمالی در ترکیب با آب تشکیل میشوند. چسبانندههای قلیافعال تک جزئی علاوه بر رفع مشکلات فوق، برای ساخت کارهای پیشساخته و ساخت در محل مناسب هستند. ازاینرو توسعه چسبانندههای قلیافعال تک جزئی گامی مهم در جهت تجاریسازی و تولید انبوه این محصول است. اما نگرانی از عدم شناخت ویژگیهای طولانیمدت این نوع بتنها مانع استفاده گسترده آنها در ساختوساز شدهاست. افت و انقباض در اثر ورود و خروج آب به بتن رخ میدهد و در بتن تغییرات حجمی را باعث میشود و تغییر شکل محوری در بتن ایجاد میشود که میتواند به خیز قابل توجهی منجر شود. در اجزای سازهای که تغییر شکل آنها محدود شدهاست اگر کنترلهای مربوطه انجام نشود انقباض باعث کشش و در نتیجه ترک میشود که این امر میتواند به نارسایی سرویس و دوام منجر شود. در کارهای سازهای وزن سازه بهعنوان بخش زیادی از بار کل وارد بر سازه بسیار مهم میباشد. کاهش وزن سازه، بارهای ثقلی و نیروهای ناشی از زلزله را کم کرده و منجر به کاهش ابعاد اعضای سازه و صرفه جویی در مصرف مصالح میشود. بررسی افت در بتنهای سبک نیز حائز اهمیت است. هدف اصلی این تحقیق تولید بتن سبک قلیافعال سربارهای تکجزئی و بررسی عملکرد مقاومت فشاری و افت خشکشدگی آن تحت تاثیر پارامترهای مختلف بودهاست. در این تحقیق از سبکدانه لیکا، سرباره، متاسیلیکات سدیم 5 آبه جهت ساخته نمونهها استفاده شدهاست. به منظور بررسی تاثیر شرایط عملآوری بر عملکرد این نوع بتن، دو نوع عملآوری در آب و پوشش پلاستیک انتخاب شدهاست. پارامترهای متغیر در این تحقیق شامل عیار سرباره با دو مقدار 400 و 475 کیلوگرم در متر مکعب، نسبت متاسیلیکات سدیم 5 آبه 18/0 و 20/0، دو نوع عملآوری در آب و پوشش پلاستیک و ترکیب سنگدانههای شن، ماسه، ریزدانه لیکا و درشتدانه لیکا میباشد. مقاومت فشاری نمونهها در سنین 7، 28 و 90 روز اندازهگیری شد و بهمنظور بررسی افت خشکشدگی نمونهها بهمدت 180 روز پس از عملآوری در محیط قرار گرفتند. نتایج نشان داد که افزایش عیار سرباره در ترکیب بتن سبب افزایش مقاومت فشاری و همچنین افزایش افت خشکشدگی در بتن سبک قلیافعال سربارهای تکجزئی شدهاست. همچنین افزایش میزان متاسیلیکات سدیم در خمیر چسباننده مقاومت فشاری و افت خشکشدگی را افزایش دادهاست. تاثیر نوع عملآوری در افت خشکشدگی نشان داد که عملآوری در پوشش پلاستیک نسبت به عملآوری در آب افت خشکشدگی نمونهها افزایش یافتهاست. در بررسی ترکیب سبکدانه با سنگدانه معمولی، مشاهده شده که ترکیب ماسه-درشتدانه لیکا بیشترین مقاومت فشاری و افت خشکشدگی را سبب میگردد. در پایان با توجه به مدلهاپیشنهادی برای تخمین افت خشکشدگی در بتن معمولی و نتایج آزمایشگاهی، مدلی برای پیشبینی افت خشکشدگی نمونههای این تحقیق ارائه شدهاست.