اثر افزودنی‌های معدنی بر ضریب انبساط حرارتی بتن و خمیر سیمان

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
پرویز قدوسی 1
علی اکبر شیرزادی جاوید 2
محمد علی اعتباری قصبه 3
1 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران
2 استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
تغییر در دمای بتن سبب ایجاد کرنش‌های انبساطی در بتن شده که تبدیل به تنش کششی می‌شود. باکاهش ضریب انبساط حرارتی بتن، خطر ترک‌خوردگی آن تحت تغییرات دما کمتر می‌شود. در این پژوهش به‌منظور بررسی اثر افزودنی­های معدنی بر ضریب انبساط حرارتی ، نمونه‌های بتن و خمیر سیمان حاوی افزودنی‌های معدنی دوده سیلیس، متاکائولن و سرباره با نسبت آب به مواد سیمانی و مقدار مواد سیمانی ثابت ساخته شده و آزمایش های مقاومت فشاری، تخلخل کل، توزیع اندازه منافذ و تعیین ضریب انبساط حرارتی بر روی نمونه ها انجام شده است. همچنین ضریب انبساط حرارتی تا سن 120 روز به فاصله هر 7 روز بررسی شده است و اثر روند هیدراسیون و واکنش پوزولانی بر آن بررسی شده است. طبق نتایج به دست آمده، ضریب انبساط حرارتی بتن‌های حاوی دوده سیلیس و متاکائولن 14% کمتر از بتن بدون افزودنی معدنی بوده است درحالی‌که بتن حاوی سرباره، کمی بیشتر از بتن بدون افزودنی معدنی بوده است. با افزایش سن نمونه تا سن 60 روز ، ضریب انبساط حرارتی بتن بدون افزودنی معدنی 12% کاهش و پس‌ازآن تا سن 120 روز ثابت شده است. در بتن‌های حاوی دوده سیلیس و متاکائولن، این مقدار کاهش برابر با 8% بوده است و مانند بتن بدون افزودنی معدنی پس از 60 روز ثابت شده است. در بتن حاوی سرباره، تا سن 60 روز تغییر چشمگیری مشاهده نشده است و از سن 60 تا 120 روز ، 10% کاهش مشاهده شده است. با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی، مدلی جهت پیش‌بینی ضریب انبساط حرارتی بتن در سنین مختلف با استفاده از ضریب انبساط حرارتی بتن در سن 7 روز ارائه شده است. در ادامه، ارتباط بین ضریب انبساط حرارتی با مقاومت فشاری، تخلخل کل و قطر میانه منافذ بررسی شده است که بیشترین ارتباط بین ضریب انبساط حرارتی با قطر میانه منافذ بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of mineral admixtures on coefficient of thermal expansion of concrete and cement paste

نویسندگان English

Parviz Ghoddousi 1
Ali Akbar Shirzadi Javid 2
mohammad ali etebari ghasbeh 3
1 professor, school of civil engineering, Iran University of science and technology
2 Assistant Professor, School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST)
3 Iran University of Science and Technology (IUST)
چکیده English

Change in the concrete temperature causes the expansion of the concrete to become tensile stress. The risk of concrete cracking decreases with decreasing coefficient of thermal expansion (CTE) under temperature changes. In this research, in order to investigate the effect of mineral admixtures on the coefficient of thermal expansion, concrete and cement paste samples containing silica fume, metakaolin and slag with a constant ratio of water to cement materials and the amount of cement materials have been made, and compressive strength, total porosity, Pore size distribution and coefficient of thermal expansion of the samples have been examined. The results indicated that CTE of reference concrete had a descending trend up to 60 days, and diminished by 12%, after which it remained constant. On the other hand, in the slag-containing concrete, after 60 days, the descending trend started and declined by 10% up to 120 days. For the concrete containing silica and metakaolin, at the very early ages, it had 14% less CTE as compared to reference concrete, while with the ageing of the sample, its CTE dropped by around 8%. Across all concretes, reduction of CTE was associated with lowered total porosity. Utilize the experimental data, a model for predicting the coefficient of thermal expansion of concrete at different ages is presented using concrete thermal expansion coefficient at 7-day age. In the following, the relationship between CTE and compressive strength, total porosity and the average diameter of pores has been investigated, which has the highest correlation between the coefficient of thermal expansion and the diameter of pores.

کلیدواژه‌ها English

Coefficient of thermal expansion
concrete
Cement paste
Mineral admixtures
1. Yang, J., & Kim, S. H. 2014 Factorial effects of mix design variables on the coefficient of thermal expansion of concrete mixtures. Road Materials and Pavement Design, 15(4), 942-952.
2. AASHTO, 2000. Standard method of test for coefficient of thermal expansion of hydraulic cement concrete..
3. TI-B 101 (94) Test Method Expansion Coefficient of Concrete.” Danish Technological Institute, M.
4. Lukefahr, E., & Du, L. 2010. Coefficients of Thermal Expansion of Concrete with Different Coarse Aggregates–Texas Data. Journal of Testing and Evaluation, 38(6), 683-690.
5. Won, M. 2005. Improvements of testing procedures for concrete coefficient of thermal expansion. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, (1919), 23-28.
6. Bažant, Z. P. 1970. Delayed thermal dilatations of cement paste and concrete due to mass transport. Nuclear Engineering and Design, 14(2), 308-318.
7. Xuan, D. X., Shui, Z. H., & Cao, B. B. 2007. Investigation on Thermal Deformation Divergence Between Components of Cement-basted Materials [J]. Journal of Wuhan University of Technology, 1.
8. Sellevold, E. J., & Bjøntegaard, Ø. 2006. Coefficient of thermal expansion of cement paste and concrete: Mechanisms of moisture interaction. Materials and Structures, 39(9), 809-815.
9. Darwin, D., Mindess, S., & Young, J. F. 2003. Concrete.
10. Cwirzen, A., & Penttala, V. 2005. Aggregate–cement paste transition zone properties affecting the salt–frost damage of high-performance concretes. Cement and Concrete Research, 35(4), 671-679.
11. Frı́as, M., & Cabrera, J. 2000. Pore size distribution and degree of hydration of metakaolin–cement pastes. Cement and Concrete Research, 30(4), 561-569.
12. Khatib, J. M., & Wild, S. 1996. Pore size distribution of metakaolin paste. Cement and Concrete Research, 26(10), 1545-1553.
13. Li, Y. X., Chen, Y. M., Wei, J. X., He, X. Y., Zhang, H. T., & Zhang, W. S. 2006. A study on the relationship between porosity of the cement paste with mineral additives and compressive strength of mortar based on this paste. Cement and Concrete Research, 36(9), 1740-1743.
14. Manmohan, D., & Mehta, P. K. 1981. Influence of pozzolanic, slag, and chemical admixtures on pore size distribution and permeability of hardened cement pastes. Cement, Concrete and Aggregates, 3(1), 63-67.
15. Pandey, S. P., & Sharma, R. L. 2000. The influence of mineral additives on the strength and porosity of OPC mortar. Cement and Concrete Research, 30(1), 19-23.
16. Poon, C. S., Lam, L., Kou, S. C., Wong, Y. L., & Wong, R. 2001. Rate of pozzolanic reaction of metakaolin in high-performance cement pastes. Cement and Concrete Research, 31(9), 1301-1306.
17. Shui, Z. H., Zhang, R., Chen, W., & Xuan, D. X. 2010. Effects of mineral admixtures on the thermal expansion properties of hardened cement paste. Construction and Building Materials, 24(9), 1761-1767.
18. Gao, G. B., Qian, C. X., & Wang, Y. W. 2012. Effect of Fly Ash and Slag Powder on Coefficient of Thermal Expansion of Concrete. Advanced Materials Research (Vol. 374, pp. 1230-1234). Trans Tech Publications.
19. Alungbe, G. D., Tia, M. A. N. G., & Bloomquist, D. G. 1992. Effect of aggregate, water-cement ratio, and curing on the coefficient of linear thermal expansion of concrete. Journal of the Transportation Research Record, 1335, 44-51.
20. Bredy, P., Chabannet, M., & Pera, J. 1988. Microstructure and porosity of metakaolin blended cements. MRS Online Proceedings Library Archive, 136.
21. Duan, P., Shui, Z., Chen, W., & Shen, C. 2013. Effects of metakaolin, silica fume and slag on pore structure, interfacial transition zone and compressive strength of concrete. Construction and Building Materials, 44, 1-6.
22. Gonen, T., & Yazicioglu, S. 2007. The influence of mineral admixtures on the short and long-term performance of concrete. Building and Environment, 42(8), 3080-3085.
23. Igarashi, S. I., Kawamura, M., & Watanabe, A. 2004. Analysis of cement pastes and mortars by a combination of backscatter-based SEM image analysis and calculations based on the Powers model. Cement and Concrete Composites, 26(8), 977-985.
24. Poon, C. S., Kou, S. C., & Lam, L. 2006. Compressive strength, chloride diffusivity and pore structure of high performance metakaolin and silica fume concrete. Construction and building materials, 20(10), 858-865.
25. ASTM. 2009. Standard test method for density of hydraulic cement.
26. Astm, C. 2006. 642, Standard test method for density, absorption, and voids in hardened concrete. Annual book of ASTM standards, 4, 02.
27. Bamforth, P., et al., Properties of Concrete for use in Eurocode 2. 2008.
مهندسی عمران مدرس
دوره 20، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1399
صفحه 63-75