SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Marjan Shahidi
مرجان شهیدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigation of mechanical properties and durability of light-weight one-part alkali-activated slag concrete in sulfate environment
Investigation of mechanical properties and durability of light-weight one-part alkali-activated slag concrete in sulfate environment Marjan Shahidi m.shahidi@cv.iut.ac.ir Date of Submission: 2020/00/00 Department of Civil Engineering Degree: M.Sc. Language: Farsi Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Supervisor: Kiachehr Behfarnia, kia@cc.iut.ac.ir Today, concrete has a very important role in the construction of various structures due to its advantages such as proper thermal insulation, good ductility, cheapness and fire resistance. In addition to the benefits of concrete, the destructive environment effects, poor tensile loads and high weight of structures are among the issues that should always be considered by designers and builders. The vulnerability of Portland cement concrete to some environmental aggressors such as acids, sulfates, gases, chlorides, seawater, as well as melting and ice cycles can in some cases cause problems and lead to concrete degradation. Therefore, to eliminate the defects mentioned in cement concrete, lightweight aggregates and active alkali materials were presented for the production of lightweight active alkali concretes. In this study, an attempt was made to produce and study single-component slag, which is similar to cement concrete in terms of production, using the materials available in the country. The purpose of this study was to investigate the effect of aggregate type, slag grade and processing type on the performance of light alkali activated concrete of single-component slag in magnesium sulfate environment and also to investigate the mechanical properties of this type of concrete. Alkali activated lightweight concrete Concrete slag is produced from a solid activating mixture of 5-aqueous sodium metasilicate, slag, lightweight aggregate and water. Because the purpose of this study was to investigate the effect of slag, type of aggregate and type of processing, in all these designs, a fixed mixing scheme was used and the only variable parameters in the mixing schemes of different amounts of slag were different combinations of lightweight aggregates. In the present study, in order to lighten lightweight concrete, 4 combinations of ordinary sand, light sand, ordinary sand and light sand and light sand and ordinary sand have been used. Also, two grades of 400 and 475 slag have been used to investigate the grade of slag in this research. In order to evaluate the mechanical properties of lightweight alkali activated concrete, single-component slag changes in compressive strength at the ages of 7, 28, 90 and 180 days, tensile strength changes at the age of 28 days and flexural strength at the age of 28 days in both water treatment and coating processing Plastic was measured. Also, to evaluate the performance of activated alkali lightweight concrete of single component slag in sulfate medium, the samples were placed in water and plastic processing media for 28 days and then by placing the samples in magnesium sulfate medium, 5% changes in compressive strength, mass and volume. Samples were measured at 60, 90 and 180 days of age. The experimental results showed that the increase in slag in the active alkali concrete of single-component slag increases the compressive strength due to the increase in the concentration of the adhesive paste. Also, the processing in plastic coating shows better performance than the processing in water, but with increasing age of the samples, the samples in water processing show better performance. Concretes made of light-grained sand show significant resistance due to their light age at 7 to 180 days. In magnesium sulfate medium, the stability of the samples is higher by increasing the slag grade. The use of lightweight grain has a positive effect on the performance of active alkali concrete of single-component slag in the processing environment in plastic coatings, but by placing the samples in the environment of magnesium sulfate, the processing samples in water show better performance. By placing the samples in magnesium sulfate medium, as the age of the samples increases, the mass decreases in most of the samples. Also, all samples placed in magnesium sulfate medium are associated with an increase in volume. Keywords: Alkali activated lightweight concrete, single component slag, 5-aqueous sodium metasilicate, magnesium sulfate medium, grain style, plastic coating treatment, water treatment, mechanical proper
امروزه بتن به دلیل مزایایی همچون عایق حرارتی مناسب، شکلپذیری مناسب، ارزان بودن و مقاومت در برابر آتشسوزی نقش بسیار مهمی در ساخت انواع سازهها دارد. در کنار محاسن گفته شده از بتن توجه به اثرات مخرب زیست محیطی، ضعف در تحمل بار کششی و وزن بالای سازهها از جمله مشکلاتی است که همواره باید مورد توجه طراحان و سازندگان قرار گرفته است. آسیبپذیر بودن بتن ساخته شده از سیمان پرتلند در برابر برخی از عوامل مهاجم محیطی از جمله اسیدها، سولفاتها، گازها، کلرورها، آب دریا و همچنین، چرخههای ذوب و یخ در برخی موارد میتواند مشکلساز شود و منجر به تخریب بتن گردد.از اینرو، سنگ دانههای سبک و چسباننده قلیا فعال با هدف رفع عیبهای ذکر شده در بتن سیمانی، برای تولید بتنهای سبک قلیا فعال سربارهای ارائه گردید. در پژوهش حاضر تلاش شد تا با استفاده از مصالح موجود در کشور بتن سبک قلیا فعال سربارهای تک جزئی که از لحاظ تولید مانند بتن سیمانی است، تولید و مورد مطالعه قرار گیرد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر نوع سنگدانهها، عیار سرباره و نوع عملآوری بر عملکرد بتن سبک قلیا فعال سربارهای تک جزئی در محیط سولفات منیزیم و نیز بررسی خصوصیات مکانیکی این نوع بتن است. بتن سبک قلیا فعال سربارهای تک جزئی از اختلاط فعال کننده جامد متاسیلیکات سدیم 5 آبه، سرباره، سنگدانه سبک و آب تولید شده است. به دلیل اینکه در این تحقیق هدف بررسی تاثیر سرباره، نوع سنگدانه و نوع عملآوری بوده است، در همهی این طرحها از یک طرح اختلاط ثابت استفاده شده است و تنها پارامترهای متغیر در طرحهای اختلاط مقادیر مختلف سرباره، ترکیبهای مختلف سبکدانه بوده است. در پژوهش حاضر به منظور سبک سازی بتن سبک از 4 ترکیب شن و ماسه معمولی، شن و ماسه سبک دانه، شن معمولی و ماسه سبک دانه و شن سبک دانه و ماسه معمولی استفاده شده است. همچنین از دو عیار 400 و 475 سرباره به منظور بررسی عیار سرباره در این پژوهش استفاده شده است. به منظور ارزیابی خصوصیات مکانیکی بتن سبک قلیا فعال سربارهای تک جزئی تغییرات مقاومت فشاری در سنین 7، 28، 90 و 180 روز، تغییرات مقاومت کششی در سن 28 روز و مقاومت خمشی در سن 28 روز در دو محیط عملآوری در آب و عملآوری در پوشش پلاستیک اندازهگیری شد. همچنین، برای بررسی عملکرد بتن سبک قلیا فعال سربارهای تک جزئی در محیط سولفاتی، نمونهها به مدت 28 روز در محیطهای عملآوری در آب و پلاستیک قرار داده شدند و سپس با قرار گیری نمونهها در محیط سولفات منیزیم 5 درصد تغییرات مقاومت فشاری، جرم و حجم نمونهها در سنین 60، 90 و 180 روز اندازهگیری شده است.نتایج آزمایشها نشان داد که افزایش سرباره در بتن قلیا فعال سربارهای تک جزئی به دلیل افزایش غلظت خمیر چسباننده مقاومت فشاری افزایش پیدا میکند. همچنین عملآوری در پوشش پلاستیک عملکرد بهتری نسبت به عملآوری در آب از خود نشان میدهد، اما با افزایش سن نمونهها، نمونههای عملآوری در آب عملکرد بهتری از خود نشان میدهد. بتنهای ساخته شده با شن و ماسه سبک دانه با توجه به سبک بودن در سن 7 تا 180 روز مقاومت قابل توجهی از خود نشان میدهد.در محیط سولفات منیزیم با افزایش عیار سرباره پایداری نمونهها بیشتر است. استفاده از سبک دانه تاثیر مثبتی بر عملکرد بتن قلیا فعال سربارهای تک جزئی در محیط عملآوری در پوشش پلاستیک دارد، اما با قرار گرفتن نمونهها در محیط سولفات منیزیم نمونههای عملآوری شده در آب عملکرد بهتری از خود نشان میدهند. با قرار گیری نمونهها در محیط سولفات منیزیم با افزایش سن نمونهها در اکثر نمونهها کاهش جرم اتفاق میافتد. همچنین تمام نمونههای قرار گرفته در محیط سولفات منیزیم با افزایش حجم همراه شده است. کلمات کلیدی: بتن سبک قلیا فعال سربارهای تک جزئی، متاسیلیکات سدیم 5 آبه، محیط سولفات منیزیم، سبک دانه، عملآوری در پوشش پلاستیک، عملآوری در آب، خصوصیات مکانیکی