SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar,Davood Mostofinejad
محمدرضا افتخار (استاد راهنما) داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Nima Mohammadian Tabrizi
نیما محمدیان تبریزی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigation of Mechanical properties of Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete with efficient cement and mineral admixtures uses
Investigation of Mechanical properties of Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete with efficient cement and mineral admixtures uses Nima Mohammadian Tabrizi nima.mohammadian@cv.iut.ac.ir October,2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc. Language: Farsi Supervisor: Davood Mostofinejad and Mohammad Reza Eftekhar dmostofi@cc.iut.ac.ir eft@cc.iut.ac.ir Ultra High-performance concrete is a new concrete with fine and homogeneous ingredient that has high compressive strength and extraordinary durability against aggressive and destructive environmental factors. Unlike the very high compressive strength of high performance concrete, the behavior of this concrete is very brittle during failure. In order to solve this problem and increase the ductility of uhpfrc, adding fibers to this concrete is common. Environmentally polluting materials such as high cement are commonly used to produce uhpfrc. In general, The sector of building materials is the third-largest CO2 emitting industrial sector world-wide and cement production represent 7% of the total greenhouse gas emissions. For this reason, in this study, to reduce the amount of cement used, from three levels of cement substitutes (microsilica + slag, microsilica + limestone powder + quartz powder and microsilica + slag + limestone powder + quartz powder) and to increase ductility, from Three types of synthetic fibers (steel, barchip and polypropylene) and the composition of these fibers have been used. In order to investigate the mechanical properties in this research, compressive strength and four-point bending tests have been used. Also, to achieve the desired compressive strength, wet and combined treatments were used. The obtained results show that compressive strength above 150 MPa was achieved by using combined treatment on all levels of cement substitutes. Also, except steel fibers, which increased the compressive strength compared to non-fibres samples; The use of barchip fibers and polypropylene reduced the compressive strength. In the bending test, all levels of the fibers used increased the flexural strength and ductility compared to the non fiber samples. In terms of ductility steel fiber and its hybrid composition with other fibers than other fiber levels. The results of the residual strength and endurance indices also prove that all levels of fiber have increased these indices, among which in this case the barchip fiber and the hybrid combination of macro fibers have provided closer result to steel fibers. Also, the use of combined treatment in bending test in reduction of flexural strength and ductility compared to wet treatment. Among all levels of cement replacement, the third level of cement replacement, the simultaneous use of microsilica, slag, limestone powder, and quartz powder, results between the other two different levels of cement replacement. according to the significant reduction of cement in this project and the replacement of about 50% of cement with slag and limestone powder, in terms of economic and environmental issues, the selection of this design is the most optimal design. Key Words: Ultra High Performance Concrete; Cement replacement materials; Synthetic Fibre; Curing; Mechanical Properties
بتن با عملکرد بسیار بالا بتنی نوین با ذرات سازندهی ریز و همگن است که مقاومت فشاری بالا و دوام فوقالعادهای در برابر عوامل مهاجم و مخرب محیطی دارد. بر خلاف مقاومت فشاری بسیار بالای بتن با عملکرد بسیار بالا، رفتار این بتن در هنگام شکست بسیار ترد است. به منظور رفع این مشکل و افزایش شکل پذیری بتن با عملکرد بسیار بالا، افزودن الیاف به این بتن امری رایج است. معمولاً برای تولید بتن با عملکرد بسیار بالا از مصالحی که فرآیند تولید آن آلایندهی محیط زیست است؛ نظیر سیمان زیاد استفاده میشود. به طور کلی بخش مصالح ساختمانی سومین بخش بزرگ تولید در سراسر جهان است و همچنین تولید سیمان به میزان 7 درصد از کل انتشار گازهای گلخانهای را تشکیل میدهد. به همین منظور در این تحقیق جهت کاهش مقدار سیمان مصرفی، از سه سطح مواد جایگزین سیمان (میکروسیلیس + سرباره، میکروسیلیس + پودر سنگ آهک + پودر کوارتز و میکروسیلیس + سرباره + پودر سنگ آهک + پودر کوارتز) و برای افزایش شکل پذیری، از سه نوع الیاف مصنوعی (فولادی، بارچیپ و پلی پروپیلن) و ترکیب این الیاف استفاده شده است. برای بررسی خصوصیات مکانیکی در این پژوهش دو آزمایش مقاومت فشاری و خمش چهار نقطهای انجام شد. همچنین جهت رسیدن به مقاومت فشاری مورد نظر دو عمل آوری مرطوب و ترکیبی بهکار برده شد. نتایج به دست آمده نشان میدهد که با استفاده از عمل آوری ترکیبی در تمام سطوح مواد جایگزین سیمان، مقاومت فشاری بالای 150 مگا پاسکال حاصل میشود. همچنین بهجز الیاف فولادی که باعث افزایش مقاومت فشاری نسبت به نمونههای بدون الیاف شد؛ استفاده از الیاف بارچیپ و پلی پروپیلن، مقاومت فشاری را کاهش داد. در تست خمش نیز، تمام سطوح الیاف استفاده شده، باعث افزایش مقاومت خمشی و شکلپذیری، نسبت به نمونههای بدون الیاف شدند که از لحاظ شکل پذیری، الیاف فولادی و ترکیب هیبریدی الیاف نسبت به سایر سطوح الیاف، نتایج بهتری را نشان داد. نتایج شاخصهای طاقت و مقاومت باقیمانده نیز گواه این امر است که تمام سطوح الیاف باعث افزایش این شاخصها شدهاند که در این بین، الیاف بارچیپ و ترکیب هیبریدی الیاف ماکرو، نتایجی نزدیک به الیاف فولادی را تأمین کرده است. همچنین استفاده از عمل آوری ترکیبی در تست خمش، باعث کاهش مقاومت خمشی و شکل پذیری نسبت به عمل آوری مرطوب شد. در بین تمامی سطوح جایگزین سیمان، سومین سطح مادهی جایگزین سیمان، یعنی استفادهی همزمان از میکروسیلیس، سرباره، پودر سنگ آهک و پودر کوارتز نتایجی مابین دو سطح دیگر جایگزین سیمان، به ثبت رساند. با توجه به کاهش محسوس سیمان در این طرح و جایگزینی حدود 50% سیمان، با سرباره و پودر سنگ آهک، از لحاظ مسائل اقتصادی و محیط زیستی انتخاب این طرح بهینه ترین طرح ممکن میباشد. کلمات کلیدی بتن با عملکرد بسیار بالا، مواد جایگزین سیمان، الیاف مصنوعی، عمل آوری، مشخصات مکانیکی