SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar,Kiachehr Behfarnia
محمدرضا افتخار (استاد راهنما) کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Afshin Besharat
افشین بشارت
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Performance of fiber reinforced one-part alkali-activated slag concrete in aggressive environment
Nowadays concrete plays a major role in the construction of various structures. Considering high rate of concrete consumption and increasing need for cement production , It is necessary to pay attention to the environmental degradation effects of this substance.vulnerability of concrete which is made of portland cement, against aggressive environmental factors like acids, sulfates, gases, chlors, seawater, freeze and thaw cycles can be problematic in some cases and it can cause demolition of concrete. Although concretes with high compressive strength, they typically show greater resistance to physical and chemical attacks but other factors such as permeability and density of inner structure of concrete and layout of internal pores in concrete can have a special effect in the durability of concrete. Hence alkali-activated materials were developed with the purpose of eliminating these mentioned flaws in cement concrete and for the production of alkali-activated slag concrete. In the present research was attempted, with available material in the country, one-part alkali-activated slag concrete which in term of production is such as Cement concrete, produced and be studied. Purpose of this study was to investigate the effect of micro silica and polypropylene fibers on the performance of one-part alkali-activated slag concrete in aggressive environment and investigation of permeability of this type of concrete. One-part alkali-activated slag concrete is made from mixture of solid activator sodium metasilicate pentahydrate, cement, aggregate, and water.due to the aim of this study which it was investigation of effect of micro silica and polypropylene fibers,all mixes have a constant mixing design and only variable parameters in mixing designs are different amounts of consumable micro silica and polypropylene fibers. In order to evaluate the performance of one-part alkali-activated slag concrete in acidic and sulfates environments changes in compressive strength, mass and sample size in the ages 90, 120, 210 days in soluble environment of 5% magnesium sulfate and sulfuric acid solution with pH=1 is measured to check the permeability one-part alkali-activated slag concrete , water impermeability test at age of 28 days , carbonation test under 4% and 28% concentration of Co2 and rapid chloride penetration test (RCPT) at the age of 90 days was carried out.For the better Understanding of processes performed on one-part alkali-activated slag concrete in acidic and sulfate environments imaging was performed with scanning electron microscope (SEM). the results of experiments showed using polypropylene fibers with 0.1 to 0.3 percent of concrete volume has a decent effect on the performance of one-part alkali-activated slag concrete in acidic and sulfate environments. while using micro silica with 5, 10 15 weight percent as a binder replacement reduce the durability of concrete in magnesium sulfate environments also according to the result of permeability tests use of micro-silica has a positive effect on the permeability of one-part alkali-activated-activated slag concrete and reduces the penetration of water, Co2 gas, and chloride ion Keyword: one-part alkali-activated slag concrete, sodium metasilicate pentahydrate, micro silica, polypropylene fibers, sulfuric acid environment, magnesium sulfate environment, permeability
امروزه بتن نقش بسیار مهمی در ساخت انواع سازهها ایفا میکند. با توجه به میزان مصرف بالای بتن و نیاز روزافزون به تولید سیمان، توجه به اثرات مخرب زیست محیطی این ماده ضروری به نظر میرسد. آسیبپذیر بودن بتن ساخته شده از سیمان پرتلند در برابر برخی از عوامل مهاجم محیطی از جمله اسیدها، سولفاتها، گازها، کلرورها، آب دریا و همچنین چرخههای ذوب و یخ در برخی موارد میتواند مشکلساز شود و منجر به تخریب بتن گردد؛ هر چند بتنهایی با مقاومت فشاری بالا بهطور معمول مقاومت بیشتری در برابر حملات فیزیکی و شیمیایی از خود نشان میدهد، اما عوامل دیگری مانند نفوذپذیری و تراکم ساختار داخلی بتن و چیدمان حفرههای داخلی موجود در بتن نیز میتواند تأثیر ویژهای در دوام بتن داشته باشد. ازاینرو، مواد قلیا فعال با هدف رفع عیبهای ذکر شده در بتن سیمانی، برای تولید بتنهای قلیا فعال ارایه گردید. در پژوهش حاضر تلاش شد تا با استفاده از مصالح موجود در کشور بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی که از لحاظ تولید مانند بتن سیمانی است، تولید و مورد مطالعه قرار گیرد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر میکروسیلیس و الیاف پلیپروپیلن بر عملکرد بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی در برابر عوامل مهاجم محیطی و نیز بررسی نفوذپذیری این نوع بتن است. بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی از اختلاط فعال کننده جامد متاسیلیکات سدیم 5 آبه، سرباره، سنگدانه معمولی و آب تولید شده است. به دلیل اینکه در این تحقیق هدف بررسی تأثیر الیاف پلیپروپیلن و میکروسیلیس بوده است، در همه طرحها از یک طرح اختلاط ثابت استفاده شده است و تنها پارامترهای متغیر در طرحهای اختلاط مقادیر مختلف میکروسیلیس و الیاف پلیپروپیلن مصرفی بوده است. به منظور ارزیابی عملکرد بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی در محیطهای اسیدی و سولفاتی، تغییرات مقاومت فشاری، جرم و حجم نمونهها در سنین 90، 120 و 210 روز در محیطهای محلول سولفات منیزیم 5 درصد و محیط محلول اسید سولفوریک با 1= pH اندازهگیری شده است. همچنین برای بررسی نفوذپذیری بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی آزمایش نفوذناپذیری آب در سن 28 روز، آزمایش کربناسیون تحت غلظتهای 4 و 20 درصد و آزمایش نفوذ تسریع شده یون کلر (RCPT) در سن 90 روز انجام شده است. جهت شناخت بهتر فرآیندهای انجام شده بر روی نمونههای قلیا فعال سربارهای تک جزیی قرار گرفته در محیطهای اسیدی و سولفاتی، تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی (SEM) صورت گرفته است. نتایج آزمایشها نشان داد که استفاده از الیاف پلیپروپیلن به میزان 1/0 تا 3/0 درصد حجمی بتن تأثیر مثبتی بر عملکرد بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی در محیطهای اسیدی و سولفاتی داشته است، درحالیکه استفاده از میکروسیلیس به میزان 5، 10 و 15 درصد وزنی جایگزین چسباننده باعث کاهش دوام این بتن در محیط سولفات منیزیم شده است. همچنین طبق نتایج آزمایشهای نفوذپذیری، استفاده از میکروسیلیس تأثیر مثبتی بر نفوذپذیری بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی داشته و باعث کاهش نفوذ آب، نفوذ گاز و نفوذ یون کلراید شده است. کلمات کلیدی: بتن قلیا فعال سربارهای تک جزیی، متاسیلیکات سدیم 5 آبه، میکروسیلیس، الیاف پلیپروپیلن، محیط اسید سولفوریک، محیط سولفات منیزیم، نفوذپذیری.