SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Arezoo Dadkhah tehrani
آرزو دادخواه تهرانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Mechanical and durability properties of one-part alkali-activated slag concrete containing recycled asphalt pavement aggregate
Mechanical and durability properties of one-part alkali-activated slag concrete containing recycled asphalt pavement aggregate Arezoo Dadkhah Tehrani Ardkh73@gamil.com September 21, 2020 Department of Civil Engineering Degree: M.Sc Language: Farsi Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Kiachehr Behfarnia kia@iut.ac.ir The growing need of societies for construction has increased the importance of building materials. Cause of this, concrete, having the suitable properties, is one of the most widely used building materials. The supply of concrete ingredients such as cement and aggregates has many destructive environmental effects. Extraction of aggregates destroys the natural environment and causes the loss of non-renewable resources, on the other hand by producing Portland cement, greenhouse gases are emitted and causes global warming. Concrete made from Portland cement is vulnerable to some environmental invasive factors such as acids, sulfates, gases, chlorides, seawater, freeze-thaw cycles. In some cases these invasive factors lead to concrete destruction and, ultimately, structural failure. In order to solve these problems, the use of recycled aggregates and cement replacement binders seem to be a logical solution for sustainable development. In the present research, an attempt has been made to produce and study green concrete using recycled asphalt aggregates, slag and alkali activator. In the concrete mix design, slag, pentahydrate sodium metasilicate and recycled asphalt aggregates were used. In all design, by keeping the water/binder ratio and the amount of binder in 1 m3 of concrete constant, the effect of replacing recycled asphalt aggregates instead of natural aggregates on the mechanical properties and durability of concrete in magnesium sulfate and the freeze-thaw cycle have been studied.25, 50, 75 and 100% recycled asphalt aggregates have been replaced instead of natural aggregates. In order to study the mechanical properties, compressive strength tests at the ages of 7, 28, 90 and 120 days and tensile and flexural strength tests at the age of 28 days were performed. To evaluate the durability of alkali-activated slag concrete, changes in compressive strength, volume and mass in 5% magnesium sulfate solution at the ages of 60, 90 and 150 days and changes in compressive strength, volume and mass under 100, 200 and 300 cycles of freeze- thaw have been checked. The experimental results indicates that a increase in the percentage of replaced recycled materials instead of natural materials, caused 3-6% decrease in slump and 2-11% decrease in specific gravity. Increasing the percentage of recycled asphalt aggregates in the mix design reduces the compressive strength by 8 to 17%. It also reduces tensile and flexural strength by 1 to 11% and 1 to 7%, respectively. By examining the samples placed in the invasive environment of magnesium sulfate at the age of 150 days, 0.19 to 1.16% decrease in mass, 1.67 to 2.94 increase in volume and 5 to 16% decrease in compressive strength have been reported. Volume change of the samples exposed to the freeze-thaw cycles is about 0.33% of the initial volume, which can be ignored. By increasing the percentage of replaced recycled asphalt aggregate, the mass of the samples placed in this environment has increased and at the end of 300 freeze-thaw cycles the maximum mass change of these samples have been 0.7%. Increasing the replacement percentage of recycled asphalt aggregates has a negative effect on samples subjected to freeze-thaw cycle. For example, in all freeze-thaw cycles, by replacing 25% of the natural aggregates by recycled aggregates, the compressive strength has been reduced by 19 to 38. Keywords: One-part alkali-activated slag concrete, pentahydrate sodium metasilicate, Slag, Recycled asphalt aggregate, Magnesium sulfate, Freeze-thaw cycle.
رشد روز افزون نیاز جوامع بشری به ساخت وساز، موجب افزایش اهمیت مصالح ساختمانی شده است. دراین بین، بتن با داشتن خصوصیات مناسب، یکی از پرمصرفترین مصالح ساختمانی است. تامین مواد اولیهی ساخت بتن مانند سیمان و سنگدانه اثرات مخرب زیست محیطی بسیاری را به دنبال دارد، زیرا استخراج سنگدانه باعث نابودی زیست بومهای طبیعی و از دست رفتن منابع تجدید ناپذیر میشود و از سوی دیگر استفاده از سیمان پرتلند موجب تولید گازهای گلخانهای و افزایش گرمایش زمین میگردد. بتن ساخته شده با سیمان پرتلند در برابر برخی از عوامل مهاجم محیطی از جمله اسیدها، سولفاتها، گازها، کلرورها، آب دریا و همچنین، چرخههای ذوب و یخ آسیب پذیر است. در برخی موارد این عوامل مهاجم منجر به زوال بتن و در نهایت، موجب تخریب سازه میشوند. باتوجه به موارد فوق و برای حل این مشکلات استفاده از سنگدانهی بازیافتی و چسبانندههای جایگزین سیمان راهکاری منطقی در جهت توسعهی پایدار به نظر میرسد. در همین راستا در پژوهش حاضر تلاش شده است با استفاده از سنگدانهی آسفالتی بازیافتی، سرباره و فعالکنندهی قلیایی، بتن سبز تولید و مورد مطالعه قرار گیرد. بتن قلیافعال سربارهای تک جزئی با سنگدانهی آسفالت بازیافتی از سرباره، پودر خشک متا سیلیکات سدیم 5 آبه، آب ، سنگدانهی آسفالت بازیافتی و سنگدانهی معمولی تولید شده است. در همهی طرحها با ثابت نگهداشتن نسبت آب به چسباننده و عیار چسباننده، تنها به بررسی تأثیر میزان جایگزینی سنگدانهی آسفالت بازیافتی بهجای سنگدانه طبیعی بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن در محیط سولفات منیزیم و چرخهی یخ و ذوب پرداخته شده است. سنگدانهی آسفالت بازیافتی به میزان 25، 50، 75 و 100 درصد با سنگدانهی طبیعی جایگزین شده است. بهمنظور بررسی خصوصیات مکانیکی، آزمایش مقاومت فشاری در سنین 7، 28، 90 و 120 روز و آزمایش مقاومت کششی و خمشی در سن 28 روز بر روی نمونهها انجام شده است. برای ارزیابی دوام بتن قلیافعال سربارهای، تغییرات مقاومت فشاری، حجم و جرم این بتن در محیط سولفات منیزیم 5 درصد در سنین 60، 90 و 150 روز، و تغییرات مقاومت فشاری، حجم و جرم تحت 100، 200 و 300 چرخهی یخ و ذوب بررسی گردیده است. نتایج آزمایشها نشان داد که افزایش پلکانی درصد جایگزینی مصالح بازیافتی به جای مصالح طبیعی، کاهش 3 تا 6 درصدی اسلامپ و کاهش 2 تا 11 درصدی جرم مخصوص را به دنبال دارد. افزایش درصد سنگدانهی آسفالت بازیافتی در طرح اختلاط موجب کاهش 8 تا 17 درصدی مقاومت فشاری شدهاست. همچنین افزایش درصد جایگزینی مصالح بازیافتی، مقاومت کششی و خمشی را به ترتیب به میزان 1 تا 11 درصد و 1 تا 7 درصد کاهش دادهاست. با بررسی نمونههای قرارگرفته شده در محیط مهاجم منیزیم سولفات، مقدار کاهش جرم در سن 150 روز به میزان 19/0 تا 16/1 درصد، افزایش حجم در حدود 67/1 تا 94/2 و کاهش مقاومت فشاری در حدود 5 تا 16 درصد گزارش شده است. تغییر حجم نمونهها در معرض چرخهی یخ و ذوب بسیار ناچیز و در حدود 33/0 درصد حجم اولیهاست، که میتوان از این تغییر چشم پوشی کرد. با افزایش درصد جایگزینی سنگدانهی آسفالت بازیافتی جرم نمونههای قرار گرفته در این محیط، افزایش داشته و تغییرات جرم این نمونهها حداکثر به میزان 7/0 درصد در300 سیکل یخ و ذوب ثبت شده است. افزایش درصد جایگزینی سنگدانهی آسفالت بازیافتی تاثیر منفی بر نمونههای قرار گرفته تحت چرخهی یخ و ذوب دارد. به عنوان مثال در تمامی سیکلهای یخ و ذوب با جایگزینی 25 درصد از سنگدانهی بازیافتی به جای سنگدانهی طبیعی، مقاومت فشاری 19 تا 38 درصد کاهش یافته است. کلمات کلیدی: بتن قلیافعال سربارهای تک جزئی، متاسیلیکات سدیم 5 آبه، سرباره، سنگدانهی آسفالت بازیافتی، سولفات منیزیم، چرخهی یخ و ذوب