SUPERVISOR
Davood Mostofinejad
داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Mahtab Talaeipashiri
مهتاب طلائی پاشیری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Mechanical properties of concrete with waste porcelain ceramic aggregates and Fibers under elevated temperature
owadays, the use of concrete in small and large structures due to its properties has become more and more popular. According to the use of concrete in a variety of structures, including those exposed to elevated temperature, it is important to improve the physical and chemical properties of concrete. Under high temperature, concrete undergoes physical and chemical changes, which reduces its compressive, tensile, flexural strength and modulus of elasticity and can ultimately damage the structure. Concrete deterioration continues for days and weeks after cooling, causing the concrete to deteriorate more. As a result, using refractory materials in concrete can increase the heat resistance of concrete. Various studies have been carried out on the properties of concrete under high temperature. In many of these researches, ceramics have been used as aggregates in concrete to increase its heat resistance because calcareous aggregates generally decompose by heat and lose their strength. Ceramic not only has a high strength, but also high resistance to heat. The use of refractory cement as a replacement for Portland cement also increases the heat resistance of concrete because the concrete made with ordinary Portland cement loses its strength at temperatures above 600 ° C. The use of polypropylene and steel fibers in concrete prevents the phenomenon of concrete spalling and increases compressive, tensile and flexural strength under high temperature. In this research, waste porcelain ceramic was used as aggregate in concrete. The use of ceramic waste in concrete not only prevents environmental pollution and reuse of this material, but also improves the concrete properties. In this study, two types of polypropylene and steel fibers as well as hybrid fibers, a mixture of these two types, and two types of ordinary Portland cement and refractory cement was used. In this study, air-entrained concrete has also been used as an option to increase heat resistance of concrete. For this purpose, 220 specimens were made with 18 mixing designs. At first, Specimens made with porcelain ceramic aggregates were placed in the furnace at temperatures of 400 and 800 ° C. After cooling, compressive strength, tensile strength, weight loss and cracking assessment using fractal dimension were measured. Then, to investigate the degradation and deterioration of concrete after cooling, the mixtures that had the highest compressive and tensile strength were made with ceramic aggregate and alumina silicate aggregate and placed in the furnace at 1000 ° C and their appearance changes, cracking and deterioration were examined for 4 weeks. The results showed that all samples' compressive and tensile strength decreased with increasing temperature, but their rate of decline was variable. At 400 ° C, samples containing Portland cement, and at 800 ° C, samples containing refractory cement showed higher strength. Application of steel fibers increased the resistance of the specimens to heat and also reduced cracking. The use of polypropylene fibers and air-entrained concrete also prevented spalling phenomenon. Key words: Concrete, high temperature, heat-resistance of concrete, porcelain ceramic aggregate, polypropylene fibers, steel fibers, air-entrained concrete.
امروزه، استفاده از بتن در سازههای کوچک و بزرگ به علت ویژگیهای آن بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به کاربرد بتن در انواع سازهها، از جمله سازههایی که در معرض حرارت بالا قرار دارند، بهبود ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بتن از اهمیت ویژهای برخوردار است. بتن در معرض حرارت بالا دچار تغییرات فیزیکی و شیمیایی میشود که منجر به کاهش مقاومت فشاری، کششی، خمشی و مدول الاستیسیتهی آن میشود و در نهایت میتواند باعث خرابی سازه شود. تخریب بتن روزها و هفتهها پس از سرد شدن نیز ادامه مییابد و باعث زوال و تخریب بیشتر آن میشود. در نتیجه، با استفاده از مصالح مقاوم در برابر حرارت در بتن میتوان مقاومت بتن را در برابر حرارت تا حدودی افزایش داد. پژوهشهای گوناگونی در رابطه با ویژگیهای بتن تحت اثر حرارت انجام گرفته است. در بسیاری از این پژوهشها از سرامیک به عنوان سنگ دانه در بتن برای افزایش مقاومت در برابر حرارت استفاده شده است زیرا سنگ دانههای آهکی عموما در اثر حرارت تجزیه میشوند و مقاومت خود را از دست میدهند. سرامیک نه تنها استحکام بالایی دارد، بلکه در برابر حرارت نیز مقاومت بالایی از خود نشان میدهد. استفاده از سیمان نسوز به عنوان جایگزین سیمان پرتلند نیز مقاومت بتن را در برابر حرارت افزایش میدهد زیرا بتن ساخته شده با سیمان معمولی در دماهای بالای 600 درجهی سانتی گراد مقاومت خود را از دست میدهد. استفاده از الیاف پلیپروپیلن و الیاف فولادی در بتنی که در معرض حرارت قرار دارد، باعث جلوگیری از پدیدهی جدا شدگی پوستهی بتن و افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی در برابر حرارت میشود. در این تحقیق از دورریز سرامیک پرسلان به عنوان سنگ دانه در بتن استفاده شده است. استفاده از ضایعات سرامیک در بتن نه تنها باعث جلوگیری از آلودگی محیط و استفادهی مجدد از این ضایعات میشود، بلکه خصوصیات بتن را نیز بهبود میبخشد. در این تحقیق از دو نوع الیاف پلیپروپیلن و الیاف فولادی و همچنین الیاف هیبرید که مخلوطی از این دو نوع الیاف است و دو نوع سیمان پرتلند معمولی و سیمان نسوز استفاده شده است. در این پژوهش، بتن هوادار نیز به عنوان گزینهای برای افزایش مقاومت در برابر حرارت استفاده شده است. به این منظور 220 نمونه با 18 طرح اختلاط ساخته شد. در ابتدا نمونههای با سنگ دانههای سرامیک پرسلان ساخته شدند و در کوره در دماهای 400 و 800 درجهی سانتی گراد قرار گرفتند و پس از سرد شدن، آزمایشهای مقاومت فشاری، مقاومت کششی، کاهش وزن و بررسی ترک خوردگی با استفاده از بعد فراکتال روی آنها انجام گرفت. سپس برای بررسی تخریب و زوال بتن پس از سرد شدن طرح اختلاطهایی که بیشترین مقاومت فشاری و کششی را داشتند، با سنگ دانهی سرامیک و همچنین سنگ دانهی آلومینا سیلیکات ساخته شده و در کوره در دمای 1000 درجهی سانتی گراد قرار گرفتند و پس از 4 هفته، تغییرات ظاهری، ترک خوردگی و تخریب آنها بررسی شد. نتایج نشان داد که کلیهی نمونه ها با افزایش دما دچار کاهش مقاومت فشاری و کششی شدند ولی میزان کاهش مقاومت آنها متغیر بود. در دمای 400 درجهی سانتی گراد، نمونههای حاوی سیمان پرتلند، و در دمای 800 درجهی سانتی گراد، نمونههای حاوی سیمان نسوز مقاومت بالاتری از خود نشان دادند. استفاده از الیاف فولادی مقاومت نمونهها را در برابر حرارت افزایش داد و همچنین میزان ترک خوردگی و افت مقاومت را کاهش داد. الیاف پلیپروپیلن و بتن هوادار باعث جلوگیری از پدیدهی جداشدگی پوستهی بتن شد. کلمات کلیدی: بتن، حرارت، سرامیک پرسلان، سیمان نسوز، الیاف فولادی، الیاف پلیپروپیلن، بتن هوادار، مقاومت فشاری، مقاومت کششی