بهینه¬سازی طرح اختلاط بتن سبک خود تراکم با به¬کارگیری روش آماری طراحی آزمایش¬ها

STUDENT

DEGREE

YEAR

Due to weakness of constructing performances, low efficient human resources and country’s seismicity condition, reducing weight and increasing quality of concrete structures seems to be neccessary. Thus, using lightweight aggregate and self-compacting concrete could be considered as an appropriate solution. So far, due to numerous advantages of self-compacting concretes, extensive researches have been done on it. But nevertheless, a small portion of those researches has been devoted to self-compacting lightweight concrete (SCLC). Therefore better understanding of SCLC in fresh and hardened state was an objective of this thesis. In the present research lightweight expanded clay aggregate (liapor) has been used for reducing weight. Also, increasing compressive strength of produced concrete was one of the main goals in this thesis. hence in order to reducing laboratory costs and optimizing results, in designing and analyzing experiments, Taguchi statistical method was used. Since, there are several variables affecting fresh and hardened state behavior of high performance concretes, in the present research, coarse aggregate volume, sand to mortar ratio, water to powder ratio and silica fume replacement percentage, as effective factors in four different levels were selected. Therefore, in conducting this research 444 samples were tested and analyzed. In the Concrete fresh state, Slump-Flow with T500 and the visual stability index (VSI), L-box and V-funnel was used for evaluating self compactibility criteria. In studying test’s performances, it has been found that, L-Box is not suitable for detecting segregation, due to buoyancy and maximum size of aggregates. Also neither VSI is necessarily effective for these types of concrete. In addition, suitable range of V-Funnel for identify self compactibility were observed different from SCC with regular aggregates. In general, the most important factor, influencing the test results in concrete fresh state are , sand to mortar ratio and water to powder ratio. In concrete hardened state parameters as, density, compressive strength at age of 7 and 28 days, modulus of rupture and water absorption were studied as experiment’s outputs. By evaluating contribution of each factor in the final results of compressive strength at the age of 28, water to powder ratio with 51.7% was found the most and sand to mortar ratio with 5.71% the least effective factors. After conducting tests, 0.27 m 3 , 0.46, 0.86 and 9% respectively the values of coarse aggregate, sand to mortar ratio, water to powder ratio and silica fume replacement were selected as optimal levels of mixtures. Keywords Concrete, lightweight, Self Compacting, Optimization, Statistical, Taguchi

با توجه به ضعف اجرایی، کمبود نیروی انسانی کارآمد و لرزه خیزی کشور، سبک سازی و افزایش کیفیت سازه های بتنی ضروری به نظر می رسد. بر این اساس استفاده از سبکدانه ها و بتن خود تراکم می تواند به‌عنوان راه‌حلی مناسب در نظر گرفته شود. تاکنون به علت مزایای متعددی که بتن های خود تراکم دارا هستند، تحقیقات گسترده ای بر روی آن صورت گرفته است؛ اما بااین‌وجود، بخش اندکی از این پژوهش ها به بتن سبک خود تراکم اختصاص یافته است. ازاین‌رو شناخت بیشتر بتن سبک خود تراکم در فاز تازه و سخت شده بتن ازجمله اهداف این پایان نامه بوده است. در این تحقیق برای سبک سازی، از سبکدانه های رس منبسط‌شده (لیاپور) بهره گرفته شده است. همچنین، افزایش مقامت بتن های ساخته‌شده به‌عنوان یکی از اهداف اصلی این تحقیق، در دستور کار قرار داشته است. برای این منظور جهت کاهش هزینه های آزمایشگاهی و بهینه سازی نتایج، از روش آماری تاگوچی در مراحل طراحی و تحلیل آزمایشات استفاده شده است. با توجه به اینکه متغیر های متعددی رفتار تازه و سخت شده بتن های توانمند را تحت تأثیر قرار می دهد، در این تحقیق چهار متغیر، حجم درشت دانه، نسبت ماسه به ملات، نسبت آب به پودر و درصد جایگزینی میکروسیلیس به‌عنوان فاکتور های مؤثر، در 4 سطح مختلف انتخاب گردیدند. لذا در انجام این پژوهش 444 نمونه بتنی مورد آزمایش و تحلیل قرار گرفت. در فاز تازه بتن، آزمایشات جریان اسلامپ به همراه T500 و شاخص جداشدگی چشمی، L-Box و V-Funnel برای ارزیابی معیار های خود تراکمی استفاده شده است. در بررسی عملکرد آزمایشات این نتیجه حاصل شد که آزمایش L-Box با توجه به شناوری و حداکثر اندازه سبکدانه ها جهت تشخیص جداشدگی مناسب نمی باشد. شاخص جداشدگی چشمی در آزمایش جریان اسلامپ نیز برای این بتن ها لزوماً کارآمد نمی باشد. همچنین محدوده مناسب نتایج V-Funnel جهت تشخیص ویژگی های خود تراکمی، متفاوت از بتن های خود تراکم حاوی سنگدانه های معمولی ارزیابی گردید. به‌طورکلی مهم ترین فاکتور های مؤثر در نتایج فاز تازه، حجم خمیر و نسبت آب به پودر به دست آمده است. در فاز سخت شده بتن نیز پارامتر های، چگالی، مقاومت فشاری در سنین 7 و 28 روز، مقاومت فشاری به چگالی در سنین 7 و 28 روز، مقاومت خمشی و جذب آب در سن 28 روز به‌عنوان خروجی های آزمایش، مورد بررسی قرار گرفته اند. با بررسی درصد مشارکت هر یک از فاکتور ها در نتیجه نهایی مقاومت فشاری 28 روزه، فاکتور آب به پودر با 51.70% به‌عنوان بیشترین و نسبت ماسه به ملات با 5.71% به‌عنوان کمترین پارامتر مؤثر به دست آمده است. پس از انجام آزمایشات، مقادیر m 3 0.27 برای حجم درشت دانه، نسبت ماسه به ملات 0.46، نسبت آب به پودر 0.86 و میزان جایگزینی 9 درصد برای میکروسیلیس به‌عنوان سطوح طرح بهینه انتخاب گردیدند. در آزمایش‌هایی تکمیلی نیز با جایگزینی ماسه سبکدانه به جای ماسه معمولی، به بررسی رفتار ملات خود تراکم در حالت تازه و راندمان سازه ای آن در فاز سخت شده پرداخته شده است. در فاز تازه ملات این نتیجه حاصل شده است که حفظ مشخصه های خود تراکمی توسط سبکدانه های خشک عملاً امکان پذیر نیست و الزاماً سبکدانه ها باید مرطوب یا اشباع گردند. در آزمایشات دیگری نیز درصد های مختلف پودر سنگ آهک به‌عنوان جایگزین مواد سیمانی در ملات به کار گرفته شد. با تحلیل نتایج به‌دست‌آمده به کار گیری 20 تا 30 درصد پودر سنگ آهک جهت بهبود خواص رئولوژیک و سخت شده ملات، به همراه افزایش راندمان اقتصادی بتن خود تراکم توصیه می گردد. کلیدواژه‌ها: بتن، سبک، خود تراکم، بهینه‌سازی، آماری، تاگوچی