Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar
محمدرضا افتخار (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammadreza Rezaei
محمدرضا رضائی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Experimental Study on Impact Resistance of Fiber Reinforced Concrete Made with Stone Cutting Industry Waste
Experimental Study on Impact Resistance of Fiber Reinforced Concrete Made with Stone Cutting Industry Waste Mohammadreza rezaei Mohammadreza.rezaei96@cv.iut.ac.ir Date of Submission: October 21,2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc Language: Farsi Supervisor: Dr. Mohammadreza Eftekhar, eft@cc.iut.ac.ir Many structures are subjected to various impact loads during their service life such as the effects of the blast, the traffic loads, and the projectile collision loads. It is necessary that research about the behavior of the construction materials due to the destructive effects of these loads. Concrete is one of the most widely used materials in construction. Therefore, the performance and the reinforcement ways of this material should be investigate. In recent years, environmental concerns have been raised due to the increase in industrial waste. Finding a way of reducing and recycling these wastes is required in the waste management field. Using these wastes in the production of concrete has been created a new concept named green concrete. In addition to solving the environmental problems caused by the waste, green concrete also reduces the use of natural resources. The building stones industry is one of the industries that are faced with the problem of waste materials. In stone cutting industrial units, many unusable stone fragments and sludge due to the stone cutting and shaping operations are produced. In this research, these pieces of stone and sludge have been performed in the production of concrete. In the present study, to achieve the research objectives, the wastes of 3 types of marble, travertine, and granite stones and the sludge of each of these stones have been used as coarse aggregate and partial replacement of cement, respectively. Hybrid fibers (steel-polypropylene) with volume fractions of 0.5% (0.25% steel and 0.25% polypropylene) and 1% (0.5% steel and 0.5% polypropylene) have been used to investigate the behavior of concrete subjected to impact loads as the primary purpose of this research. Nine mix designs have been considered for each type of coarse aggregate (27 mix designs Collectively). The type of sludge used in each design is proportional to the type of consumption coarse aggregate in that design. A control design was considered for each category of mix designs, and the effects of using fibers, sludge, and microsilica was investigated. In some designs, 10% cement was replaced by Sludge of stones, and in others, 20% cement was replaced by 10% sludge and 10% microsilica. Based on the results of experiments, travertine sludge has a positive effect on impact, compressive, and flexural strength of concrete specime But marble and granite sludge decreased the values of the mentioned mechanical properties; So that these sludges decreased the impact resistance of concrete by 33% and 16%, respectively. Simultaneous use of microsilica and sludge has significantly affected the mechanical properties of concrete, which is a kind of positive synergism of these materials to improve concrete performance. Using 0.5% hybrid fibers increases the energy absorption capacity of specimens to 3.3 and 4 times for initial cracking and ultimate failure, respectively, due to the impact. In addition, load-bearing capacity subjected to impact loads would be occurred by the fibers after the initial crack, but the nonfibrous concrete specimens subjected to the impact loads are ruptured after the first crack. Due to using 0.5% fibers, compressive strength and modulus of rupture in contrast to the impact resistance are reduced up to 28.8% and 25.1%, respectively. All the mentioned mechanical properties have been improved by increasing the fiber volume fraction from 0.5% to 1%. However, the effect of increasing fiber volume fraction is very significant on the impact resistance. Compared to the control specimens, the number of required blows increased to 9.7 and 11 times for initial cracking and ultimate failure, respectively. Regarding the effect of coarse aggregate type, it can be said that marble coarse aggregate compared to granite and both of them compared to travertine coarse aggregate provide more compressive strength and modulus of rupture for concrete. In the case of impact resistance, the effect of marble and granite coarse aggregate is almost the same, and the number of required blows of those compared to travertine coarse aggregate increases to 31% for cracking and ultimate failure. Key Words: Impact resistance, Green concrete, Stone cutting sludge, Microsilica, Fibers.
بسیاری از سازه­ها در طول عمر بهره برداری خود تحت تأثیر اشکال مختلفی از بار­های ضربه­ای مانند انفجار، اثرات بار­های ترافیکی و برخورد پرتابه­ها قرار می­گیرند. اثرات مخرب این بارها بر سازه­ها، لزوم بررسی رفتار موادی که به عنوان مصالح ساختمانی در آن­ها به کار برده می­شوند را دو چندان می­کند. از آن­جایی­که بتن از پرمصرف­ترین مصالح در ساخت و ساز می­باشد، بررسی عمل­کرد آن در برابر این­گونه از بار­ها و راه­های تقویت آن ضروری است. از طرفی در سالیان اخیر افزایش میزان زباله­های صنعتی نگرانی­های زیادی را در مورد محیط زیست به وجود آورده است. یافتن راه­کاری برای استفاده­ی مجدد از این زباله­ها و مواد دور­ ریز، امری حیاتی برای متولیان امر در حوزه­ی مدیریت پسماند­ها است. استفاده از این مواد دور ریز در ساخت بتن باعث به وجود آمدن مفهومی تازه به نام بتن سبز شده است. بتن سبز علاوه بر رفع مشکلات زیست محیطی ناشی از زباله­ها، باعث کاهش میزان استفاده از منابع طبیعی نیز می­شود. یکی از صنایعی که با مشکل مواد دور ریز مواجه است، صنعت سنگ­های ساختمانی می­باشد. در واحد­های سنگبری به میزان زیادی قطعات سنگ غیر قابل استفاده و لجن که ناشی از عملیات برش و شکل­دهی سنگ­ها است، تولید می­شود. در این تحقیق از این قطعات سنگ و لجن در تولید بتن استفاده شده است. در پژوهش حاضر برای نیل به اهداف تحقیق، ضایعات 3 نوع سنگ مرمریت، تراورتن و گرانیت به عنوان درشت دانه، و لجن هرکدام از این سنگ­ها به عنوان بخشی از سیمان مصرفی مورد استفاده قرار گرفتند.­ هم­چنین با توجه به این که هدف اصلی در این پایان­نامه بررسی رفتار بتن در برابر ضربه می­باشد، از الیاف هیبریدی (فولادی-پلی پروپیلن) با نسبت­های حجمی %5/0 (%25/0 فولادی و %25/0 پلی پروپیلن) و %1 (%5/0 فولادی و %5/0 پلی پروپیلن) استفاده شده است. برای هر نوع درشت دانه­ی مصرفی، 9 طرح اختلاط که جمعاً 27 طرح می­شود، در نظر گرفته شد. نوع لجن استفاده شده در هر طرح مطابق با نوع درشت دانه­ی مصرفی در طرح­ها بود. برای هر دسته از طرح­های اختلاط یک طرح شاهد در نظر گرفته شد و اثر استفاده از الیاف، لجن و میکروسیلیس نسبت به طرح شاهد مورد بررسی قرار گرفت. لجن سنگ­ها در برخی از طرح­ها به تنهایی جای­گزین %10 از سیمان شدند و در برخی دیگر، همراه با %10 میکروسیلیس جای­گزین %20 از سیمان مصرفی گردید. براساس نتایج آزمایشات لجن سنگ ­تراورتن تاثیر مثبتی بر روی مقاومت ضربه­ای، مقاومت فشاری و مقاومت خمشی نمونه­ها می­گذارد؛ اما لجن سنگ­های مرمریت و گرانیت باعث افت مقادیر خواص مکانیکی ذکر شده، می­شوند؛ به طوری که این لجن­ها مقاومت ضربه­ای بتن را با معیار انرژی شکست، به ترتیب به میزان %33 و %16 کاهش می­دهند. استفاده­ی هم­­زمان از میکروسیلیس و لجن سنگ­ها تاثیر چشم­گیری بر روی پارامترهای مقاومتی بتن می­گذارد که به نوعی نشان­دهنده­ی هم­افزایی مثبت این مواد با یک­دیگر برای ارتقای عمل­کرد بتن است. استفاده از %5/0 الیاف هیبریدی قابلیت جذب انرژی نمونه­ها را در اثر ضربه، برای ترک خوردگی و شکست­ نهایی به ترتیب تا 3/3 و 4 برابر افزایش می­دهد. لازم به ذکر است که استفاده از الیاف سبب به وجود آمدن قابلیت تحمل ضربات بعد از ترک اولیه می­شود؛ اما نمونه­های فاقد الیاف با ایجاد اولین ترک در اثر ضربه گسیخته می­شوند. مقاومت فشاری و مدول گسیختگی بر خلاف مقاومت ضربه­ای در اثر استفاده از %5/0 الیاف به ترتیب تا %8/28 و %1/25 کاهش پیدا می­کنند. با افزایش درصد حجمی الیاف هیبریدی از %5/0 به %1 تمامی خواص مکانیکی ذکر شده بهبود پیدا می­کنند؛ اما تأثیر افزایش درصد الیاف بر مقاومت ضربه­ای بتن بسیار زیاد است؛ به طوری که تعداد ضربات لازم برای ایجاد ترک اولیه و شکست ­نهایی به ترتیب تا 7/9 و 11 برابر نسبت به نمونه­های شاهد افزایش پیدا می­کند. در مورد تأثیر نوع درشت دانه نیز می­توان گفت که درشت دانه­­ی مرمریت نسبت به گرانیت و هر دوی آن­ها نسبت به تراورتن مقاومت فشاری و مدول گسیختگی بیش­تری را برای بتن فراهم می­کنند. در مورد ضربه نیز تأثیر درشت دانه­های مرمریت و گرانیت تقریبا به یک اندازه می­باشد و نسبت به درشت دانه­ی تراورتن تعداد ضربات لازم برای ترک خوردگی و شکست نهایی نمونه­ها را تا %31 افزایش می­دهند. کلمات کلیدی : مقاومت ضربه­ای، بتن سبز، لجن کارخانجات سنگبری، میکروسیلیس، الیاف.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی