SUPERVISOR
Hassan Hadadzadeh,Davood Mostofinejad
حسن حداد زاده (استاد مشاور) داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Hamed Gharibi
حامد غریبی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Experimental study of thermal performance of concrete with recycled materials and pumice containing phase change materials (PCMs)
stract Increasing energy consumption has been one of the most important issues in the world in recent decades. Much of the global energy consumption is related to the housing section. The selection of building materials with specific thermal properties plays an effective role in energy consumption and thermal comfort in buildings. Concrete is the most consumed construction material, therefore, the modifications of its thermal properties have a special impact on global energy consumption. Using the phase change materials (PCMs) in construction materials has been of great interest to researchers due to their excellent performance in reducing and saving energy consumption in buildings. They prevent temperature fluctuations and save energy. The selection of PCM with environmental compatibility is one of the main issues in this field. Also, due to a large amount of industrial and agricultural wastes, finding a way to reuse them is very necessary, because they cause environmental problems and it is very important to overcome this problem. The use of wastes in concrete, or green concrete, is a step towards sustainable development and a smart solution. By recognizing the properties of these discarded materials, they can be used as an effective material in concrete. In this study, 59 concrete mix designs were made; 36 of them were for the use of recycled materials in concrete, and 22 designs used pumice and PCMs. One design was made with natural aggregate as a control. The waste materials used in this study with an energy approach include insulators, porcelain ceramics, bakelite, and ash of pine leaf and cone. These waste materials are not recyclable or recycling them has problems that are virtually discarded and accumulated. Some of them are forbidden to be buried in the landfill. Using all the above-mentioned materials reduces the thermal conductivity of the concrete which reduces the energy consumption in the buildings. Also, except for bakelite, the use of these materials increases the compressive strength of the concrete. For example, using insulators and porcelain ceramics in concrete increased the compressive strength by 40 and 46 percent, respectively, compared to conventional concrete and replacing natural aggregate with insulators and porcelain ceramic reduces the thermal conductivity of the concrete by about 48 and 54 percent, respectively. Also, in this study, two PCMs, PEG 600 and PEG 1000 were used, which have a phase change temperature of about 14 and 39 ° C, respectively. These PCMs penetrated pumice and with a stable and stabilized form in micro-silica were used to solve the leakage problem. Vacuum conditioner was used for greater penetration and better stabilization of PCMs. The peak temperature was reduced up to 12 °C in concrete containing PCMs. Keywords: Green concrete, Insulator, Porcelain ceramic, Bakelite, Pine ash, Pumice, Phase Change Material (PCM).
در دهههای اخیر مبحث انرژی یکی از مهمترین مسائل جهان به حساب میآید. قسمت قابل توجهی از مصرف جهانی انـرژی مربـوط بـه بخش مسکن است. انتخاب مصالح ساختمانی با ویژگیهای گرمایی مشخص، نقش موثری بر مصرف انرژی و تامین آسایش گرمـایی در ساختمانها دارد. بتن در صدر پر مصرفترین مصالح ساختمانی است ؛ از این رو، انجام اصـلاحاتی در ویژگـی هـای گرمـایی بـتن، نقـش ویژهای در مصرف جهانی انرژی ایفا میکند. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در مصالح ساختمانی به دلیل عملکرد فوق العادهی آنهـا در کاهش مصرف و ذخیرهی انرژی در ساختمان، بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. این مـواد از نوسـانات دمـایی جلـوگیری کرده و با ذخیرهی انرژی باعث کاهش مصرف آن میشوند. البته انتخاب مادهی تغییر فاز دهندهای که بـا شـرایط محیطـی منطبـق باشـد، یکی از اصلیترین مسائل این بخش به حساب می هم آید. چنین به دلیل حجم زیاد زبالههای صنعتی و کشـاورزی، یـافتن راهکـار ی بـرای استفادهی مجدد از این مواد زائد، بسیار ضروری است ؛ زیرا این زبالهها باعث ایجاد معضلات زیست محیطی شده و حل آن برای متولیـان حوزهی مدیریت پسماند، امری حیاتی است. استفاده از مواد دور ریز در بتن، یا بـتن سـبز، گـامی بـه سـوی توسـعه ی پایـدار و راهکـار ی هوشمندانه است. زیرا با شناخت ویژگیهای این مواد دور ریختنی، میتوان از آنها به عنوان مادهی مـوثر در بـتن اسـتفاده کـرد. در ایـن پژوهش، 59 طرح اختلاط بتن طراحی و ساخته شد؛ که از این تعداد، 36 طرح، مربوط به استفاده از مواد بازیـافتی در بـتن بـوده 22 در و ، طرح دیگر از پومیس و مواد تغییر فاز دهنده در بتن استفاده شده است. یک طرح هم به عنوان شاهد، با سنگ دانههای طبیعی ساخته شـد. در مجموع، برای انجام آزمایشهای تعیین عملکرد گرمایی، ضریب هدایت گرمایی ، مقاومت فشـاری و تعیـین درصـد جـذب آب بـتن، 354 نمونهی استوانه قاای لب گیری و ساخته شد. مصالح دور ریزی که در این پژوهش با رویکرد انرژی مورد استفاده قرار گرفت، شـامل مقره، سرامیکهای پرسلان، باکلیت و خاکستر برگ و مخروط درخت کاج است. این مواد دور ریز و ضایعاتی قابل بازیافت نبـوده و یـا بازیافت آنها با مشکلات زیادی روبرو است ک ، ه عملا دور ریخته شده و در محیط زیست انباشته میشـوند. حتـی بعضـی از آنهـا را بـه دلایل زیست محیطی نمیتوان به صورت مستقیم دفن کرد. استفاده از تمام مصالح ذکر شده باعث کاهش ضـریب هـدایت گرمـایی بـتن ،شده که این اتفاق باعث کاهش مصرف انرژی در ساختمان میشود. همچنـین بـ ه جـز باکلیـت، اسـتفاده از ایـن مصـالح در بـتن ، باعـث افزایش مقاومت فشاری بتن میشود. برای مثال ، استفاده از مقره و سرامیک خرد شده، باعث افزایش مقاومت فشاری بتن، به ترتیـب برابـر 46و 40 درصد نسبت به مقاومت فشاری نمونه ی شاهد بوده و جایگزین کردن تمام سنگ دانـه ی طبیعـی بـا مقـره و سـرامیک، ضـریب هدایت گرمایی بتن را به ترتیب در حدود 54و 48 درصد کاهش میدهد. هم چنین در این پژوهش از دو مادهی تغییر فاز دهنـده ی پلـی اتیلن گلایکول ردهی و 600 1000 استفاده شده ، که دمای تغییر فاز آنها به ترتیب در حدود 39و 21 درجـه ی سـانتی گـراد اسـت. ایـن مواد تغییر فاز دهنده به دو صورت، نفوذ در سبک دانهی پومیس و به شکل پایدار و تثبیـت شـده در میکـرو سـیلیس مـورد اسـتفاده قـرار گرفتند . نفوذ این مواد تغییر فاز دهنده در سبک دانهی پومیس و تثبیت آن به کمک میکروسیلیس در بتن باعث شده تا از نشت ایـن مـواد جلوگیری شود. برای نفوذ بیش ت یو تثب تر بهتر این مواد، از دستگاه اعمال شرایط خلاء استفاده شد. این بـتن هـا ی حـاوی مـواد تغییـر فـاز دهنده، باعث ایجاد اختلاف دمایی در حدود 12 درجهی سانتی گراد نسبت به نمونهی شاهد با سنگ دانههای طبیعی می د.نشو کلمات کلیدی: -1 بتن سبز مقره -2- 3 سرامیک پرسلان -4 باکلیت -5 خاکستر کاج -6 پومیس -7 مواد تغییر فاز دهنده