SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Peyman Nesarvand
پیمان نساروند
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigation of mechanical properties and durability of one-part alkali-activated slag pervious concrete in sulfate environment
investigation of mechanical properties and durability of one-part alkali-activated slag pervious concrete in sulfate environment Peyman Nesarvand p.nesarvand@cv.iut.ac.ir Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc Language: Farsi Supervisor: Kiachehr Behfarnia, kia@cc.iut.ac.ir Nowadays rainfall and urban runoff have caused under groundwater and surface water pollution. Using pervious concrete can be reduced to some extent the damaging environmental effects. pervious concrete is a form of concrete that can pass through the water as well. Since no fine-grained materials are used in the construction of this concrete it tends to make a hard object with a relatively high porosity and permeability to water that is treated that makes it quick and easy passage. against the high permeability of pervious concrete, the compressive strength of this concrete is one of its disadvantages. So, in this study has tried to reduce this weakness somewhat reduced by using alternative materials to cement. Also, due to the high consumption of concrete and the growing need for cement production, according to the damaging environmental effects of the substance seem to be necessary. Given that in the process of manufacturing cement a significant amount of carbon dioxide into the atmosphere is typical, it would have been damaging environmental effects. The use of alternative cement products considered essential. One of the strategies for production of environmentally friendly concrete is the use of alkali-activated slag concrete. In this thesis, the aim is to investigate the effect of metasislicate to slag and zeolite on the mechanical properties and durability one-part alkali-activated slag concrete against aggressive environmental factors. Also in this study has tried to build a laboratory device to measure the permittivity and permeability of pervious concrete samples. In this study one-part alkali-activated slag pervious concrete is made of slag composition of Isfahan Steel Factory, the solid activator metasilicate 5 aqueus, ordinary aggregates and water. In order to evaluate the performance of one-part alkali-activated slag pervious concrete, in sodium sulfate and magnesium sulfate 5% sulfuric acid environment with pH= 1, changes in compressive strength, mass and sample volume was measured at the ages of 90 and 120 days. Also microsilica caused more permeability loss in most designs in comparison with zeolite. Based on the results, the replacement of silica and zeolite in order has increase and decrease the compressive strength loss. The results showed that the samples containing silica, have a better performance than the zeolite. Replacement of microsilica with slag in most samples have resulted in less compressive strength drop. one-part alkali-activated slag concrete in 5% sodium sulfate has better performance than samples in 5% magnesium sulfate solution. So that in the magnesium sulfate solution, concrete samples after 90 days, have lost about 80 percent of their compressive strength. While the sodium sulfate solution has maintained its resistance without change. Also The samples submerged in a solution of magnesium sulfate after 120 days were completely shattered. While relatively little had changed in sodium sulfate and even in the ratios of sodium metasilicate to high slag has increased the compressive strength. It was observed that the application of microsilica and zeolite in one-part alkali-activated slag concrete reduced and increased their durability in magnesium sulfate and sodium sulfate, respectively. overall, zeolite has better performance than microsilica in magnesium sulfate environment. Key Words: One-part alkali-activated slag pervious concrete, Permeability, Micro silica, Zeolite, Durability, sulfat attack
امروزه بارندگیها و افزایش روانآبهای شهری، باعث آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی شده است. با استفاده از بتن متخلخل میتوان این اثرات مخرب زیستمحیطی را تا حدی کاهش داد. بتن متخلخل نوعی بتن است که میتواند آب را بهخوبی از خود عبور دهد. با توجه به اینکه در ساخت این بتن از مصالح ریزدانه استفاده نمیگردد، این امر منجر به ساخت یک جسم سخت با تخلخل و نفوذپذیری نسبتاً بالایی میشود که باعث عبور سریع و آسان آب از آن میگردد. در مقابل نفوذپذیری بالای بتن متخلخل، مقاومت فشاری این بتن یکی از معایب آن است. در این تحقیق سعی شده است با استفاده از مصالح جایگزین سیمان این ضعف تا حدودی کاهش داده شود. همچنین با توجه به میزان مصرف بالای بتن و نیاز روزافزون به تولید سیمان، توجه به اثرات مخرب زیستمحیطی این ماده امری ضروری به نظر میرسد. با توجه به اینکه در روند ساخت سیمانهای معمولی مقدار قابلتوجهی گاز دیاکسید کربن وارد اتمسفر میگردد، این امر باعث اثرات مخرب زیستمحیطی شده است. از این رو استفاده از مواد جایگزین سیمان، اصلی ضروری به شمار میآید. یکی از راهکارهای تولید بتنهای سازگار با محیطزیست، استفاده از بتنهای قلیافعال سربارهای تکجزئی است. در این پایاننامه، هدف بررسی تأثیر نسبت متاسیلیکاتسدیم به سرباره، میکروسیلیس و زئولیت بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن متخلخل قلیافعال سربارهای تکجزئی در برابر عوامل مهاجم محیطی است. همچنین در این تحقیق سعی شده است با ساخت یک وسیلهی آزمایشگاهی، میزان گذردهی و نفوذپذیری نمونههای بتنی متخلخل اندازهگیری گردد. در پژوهش حاضر، بتن متخلخل قلیافعال سربارهای تکجزئی از ترکیب سرباره کارخانه ذوبآهن اصفهان، فعالکنندهی جامد متاسیلیکاتسدیم 5 آبه، سنگدانه معمولی و آب ساخته شده است. بهمنظور ارزیابی عملکرد بتن متخلخل قلیافعال سربارهای تکجزئی، در محیطهای محلول سولفات سدیم و سولفات منیزیم 5 درصد و محیط محلول سولفوریک اسید با 1=pH، تغییرات مقاومت فشاری، جرم و حجم نمونهها در سنین 90 و 120 روز اندازهگیری شده است. بر اساس نتایج بهدستآمده، افزایش نسبت متاسیلیکاتسدیم به سرباره، منجر به کاهش نفوذپذیری شده است درحالیکه مقاومت فشاری، مقاومت کششی، دوام در برابر محیط سولفات منیزیم و سولفات سدیم افزایش یافته است. نتایج نشان داد، جایگزینی میکروسیلیس و زئولیت با سرباره، منجر به کاهش نفوذپذیری بتن متخلخل قلیافعال سربارهای تکجزئی شده است و همچنین میکروسیلیس در مقایسه با زئولیت در اغلب طرحها سبب افت نفوذپذیری بیشتری گردید. بر اساس نتایج بهدستآمده، جایگزینی میکروسیلیس و زئولیت به ترتیب باعث افزایش و کاهش افت مقاومت فشاری شده است. نتایج آزمایشات نشان داد که نمونههای حاوی میکروسیلیس، دارای عملکرد بهتری نسبت به زئولیت است بهطوریکه جایگزینی میکروسیلیس با سرباره در اغلب طرحها باعث افت مقاومت فشاری کمتری شده است. بتنهای قلیافعال سربارهای تکجزئی در محیط سولفات سدیم 5 درصد، عملکرد بهتری نسبت به نمونههای قرار گرفته در محلول سولفات منیزیم 5 درصد دارد. بهطوریکه در محیط سولفات منیزیم، نمونههای بتنی پس از 90 روز حدود 80 درصد مقاومت فشاری خود را از دست داده است، درحالیکه در محیط سولفات سدیم بدون تغییر مقاومت خود را حفظ نموده است. همچنین نمونههای مستغرق در محلول سولفات منیزیم پس از 120 روز بهطور کامل متلاشی شدند درحالیکه در محیط سولفات سدیم تغییر نسبتاً کمی داشتهاند و حتی در نسبتهای متاسیلیکاتسدیم به سرباره بالا باعث افزایش مقاومت فشاری شده است. مشاهده گردید که کاربرد میکروسیلیس در بتنهای قلیافعال سربارهای تکجزئی به ترتیب سبب کاهش و افزایش دوام آنها در محیط سولفات منیزیم و سولفات سدیم شده است و در حالت کلی زئولیت دارای عملکرد بهتری نسبت به میکروسیلیس در محیط سولفات منیزیم میباشد. کلمات کلیدی: بتن متخلخل قلیافعال سربارهای تکجزئی، نفوذپذیری، میکروسیلیس، زئولیت، دوام، حملات سولفاتی