ارزیابی مقاومت فشاری و دوام بتن الیافی حاوی ماده الیاف پلی پروپیلن، پلی کربوکسیلات اتر و E207

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 دانشگاه آزاد یزد
2 گروه عمران دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی(ره)
چکیده
چکیده

در سالهای اخیر، مطالعات بسیاری در زمینه خصوصیات مکانیکی و دوام بتن­های الیافی انجام شده است. این نوع بتن­ ها در مقاوم‌سازی و ترمیم سازه ­های بلند مرتبه استفاده می­ شوند. در این پژوهش، تأثیر اختلاط بتن­های الیافی با میزان 1 تا 6 درصد مواد افزودنی شامل ماده E207 و ماده پلی ­کربوکسیلات اتر به طور جداگانه با الیاف پلی ­پروپیلن با استفاده از آزمایش ­های دوام شامل آزمایش ­های جذب آب حجمی، مقاومت ویژه الکتریکی، نفوذ تسریع شده یون کلر(RCPT) و همچنین مقاومت فشاری بتن مورد بررسی قرار گرفته است. بعلاوه، جهت مطالعه ریزساختار خمیر سیمان حاوی الیاف پلی­­ پروپیلن و مواد افزودنی پلی‌کربوکسیلات اتر و افزودنیE207 از آزمایش­های طیف­ سنجی تفرق اشعه ایکس(XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) و آزمون ترکیب شیمیایی به روش XRF استفاده شده است. نتایج بدست آمده پژوهش نشان می‌دهد که با اضافه کردن افزودنی پلی‌کربوکسیلات اتر و الیاف پلی­پروپیلن(نمونه A) نفوذ پذبری یون کلر در نمونه ­ها به صورت یکنواخت کاهش یافت بطوری که بیشترین کاهش نفوذ پذیری کلرید در نمونه A، 51% بود ضمن اینکه اضافه کردن افزودنیE207 و الیاف پلی­ پروپیلن(نمونهB) 35% نفوذ پذیری کلرید در بتن را نسبت به نمونه شاهد کاهش داده است. از سویی با اضافه کردن افزودنی ­هایA و B در طرح اختلاط، جذب آب بتن در نمونه­های A به مقدار 27 % و در نمونه­های B، 21% نسبت به نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به مقدار0.6 کیلوگرم در هر متر مکعب مقاومت ویژه الکتریکی بتن را در نمونه ها به مقدار 5% نسبت به نمونه شاهد کاهش داد. مقاومت ویژه الکتریکی بتن در نمونه ­های A، 213 % و در نمونه­هایB ، 268% نسبت به نمونه شاهد افزایش یافت. مقاومت فشاری در نمونه‌های A نسبت به نمونه شاهد درسن 7 و 28 روزه به ترتیب 134% و 56% افزایش داشته است و بیشترین مقاومت فشاری در نمونه­های B در سن 7 و 28 روزه به ترتیب 38% و 39% نسبت به نمونه شاهد افزایش یافته است. ضمن اینکه با افزودن ماده E207 به نمونه B بیشتر از مقدار 4 % مقاومت فشاری نمونه ها کاهش یافت. همچنین نتایج آزمایش SEM نشان داد که با اضافه کردن افزودنی پلی کربوکسیلات اتر و افزودنی E207 به طرح اختلاط بتن ریزساختار بتن در دو نمونه همگن­تر ومتراکم­تر نسبت به نمونه شاهد شده است که نتایج این آزمایش با آزمون جذب آب حجمی که با افزودن مواد افزودنی مقدار جذب آب کمتر شد همسو می باشد. نتایج آزمایش های XRD و XRF بر روی نمونه ها نشان داد که با افزودن مواد افزودنی پلی کربوکسیلات اتر و افزودنی E207 به نمونه ها، ژل سیلیکات کلسیم بیشتری تشکیل شده و منافذ سنگدانه ‌ها انسجام و پیوستگی بیشتری نسبت به نمونه شاهد داشتند که تایید کننده نتایج آزمون مقاومت فشاری انجام شده بتن می باشد. با توجه به نتایج ذکر شده می­توان نتیجه گرفت با افزودن مواد افزودنی پلی­کربوکسیلات اتر و ماده E207دوام و مقاومت فشاری بتن الیافی مسلح شده با الیاف پلی­ پروپیلن به طور چشمگیری در برابر عوامل تهاجمی افزایش می ­یابد و سازه ­های بتنی که در طرح اختلاط بتن آنها از مواد افزودنی برابر این تحقیق استفاده شود عمر طولانی ­تر و مقاومت بیشتری در برابر عوامل تهاجمی سازه ­های بتنی خصوصا کلرید خواهند داشت که به لحاظ اقتصادی در پروژهای بزرگ مقرون به صرفه خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Evaluation of Compressive Strength and Durability of Fibrous Concrete Containing Polypropylene Fiber, Polycarboxylate Ether and E207

نویسندگان English

M.R. Piryaei 1
M. Komasi 2
1 Graduated MSc. Student- Azad University
2 Associate Prof. Civil Eng. Department, University of Ayatollah Ozma Borujerdi
چکیده English

AbstractIn recent years, many studies have been conducted on the mechanical properties and durability of fiber concrete. These types of concretes are used in the reinforcement and repair of high-rise structures. In this study, the effect of mixing fiber concrete with 1 to 6% of additives including E207 and polycarboxylate ether separately with polypropylene fibers using durability tests including bulky water absorption tests, electrical resistance, rapide chloride penetration (RCPT) as well as compressive strength of concrete have been investigated. In addition, to study the microstructure of cement paste containing polypropylene fibers and polycarboxylate ether additives and E207 additive, X-ray diffraction (XRD) spectroscopy scanning electron microscopy (SEM) and X-ray chemistry tests were used. The results show that with the addition of polycarboxylate ether and polypropylene fibers (sample A) the permeability of chlorine ion in the samples was reduced uniformly so that the maximum reduction in chloride permeability in sample A was 51% while The addition of E207 additive and polypropylene fibers (sample B) reduced the permeability of chloride in concrete by 35% compared to the control sample. On the other hand, by adding additives A and B in the mixing design, the water absorption of concrete in samples A decreased by 27% and in samples B, 21% compared to the control sample. Also, the addition of polypropylene fibers in the amount of 0.6 kg/m3 reduced the electrical resistance of concrete in the samples by 5% compared to the control sample. The electrical resistivity in samples A increased by 213% and in samples B by 268% compared to the control sample. Compressive strength in samples A increased by 134% and 56% compared to the control sample of 7 and 28 days, respectively. And the highest compressive strength in B samples at 7 and 28 days of age increased by 38% and 39% compared to the control sample, respectively. In addition, by adding E207 to sample B, the compressive strength of the samples was reduced by more than 4%. Also, the results of SEM experiment showed that by adding polycarboxylate ether additive and E207 additive to the concrete microstructure concrete mix design, both samples were more homogeneous and dense than the control sample. The water apsorbtion less aligned .The results of XRD and XRF experiments on the samples showed that by adding polycarboxylate ether and E207 additives to the samples, more calcium silicate gel was formed and the aggregate pores were more cohesive and cohesive than the control sample, which confirms the results. Compressive strength test of concrete. According to the mentioned results, it can be concluded that with the addition of polycarboxylate ether and E207 additives, the durability and compressive strength of fiber reinforced concrete with polypropylene fibers are significantly increased against aggressive factors and concrete structures in the design. Mix concrete using additives according to this research. They will have a longer life and greater resistance to the aggressive agents of concrete structures, especially chloride, which will be economically viable in large projects

کلیدواژه‌ها English

durability
Electrical Resistance
Carboxylate Ether
RCPT
E207
1-Fowler DW. Polymers in concrete: a vision for the 21st century. Cement and concrete composites. 1999 Dec 1;21(5-6):449-52.
2-Pei M, Wang D, Hu X, Zhao Y, Xu Y, Wu J, Xu D. Performance characteristics of subdenier monofilament polypropylene fiber reinforced mortars. Journal of applied polymer science. 2004 Dec 15;94(6):2251-6.
3-Garbacz A, Sokołowska JJ. Concrete-like polymer composites with fly ashes–Comparative study. Construction and building materials. 2013 Jan 1;38:689-99.
4-Barbuta M, Bucur RD, Cimpeanu SM, Paraschiv G, Bucur D, Agroecology C. Wastes in building materials industry. INTECH, Croatia. 2015 Jun 10:81-99.
5-Li K. Durability design of concrete structures: Phenomena, modeling, and practice. John Wiley & Sons; 2017 May 1.
6-Luping T, Nilsson LO. Rapid determination of the chloride diffusivity in concrete by applying an electric field. Materials Journal. 1993 Jan 1;89(1):49-53.
7-Plank J, Sakai E, Miao CW, Yu C, Hong JX. Chemical admixtures—Chemistry, applications and their impact on concrete microstructure and durability. Cement and Concrete Research. 2015 Dec 1;78:81-99.
8-Alonso C, Andrade C, González JA. Relation between resistivity and corrosion rate of reinforcements in carbonated mortar made with several cement types. Cement and concrete research. 1988 Sep 1;18(5):687-98.
9-Liu Y. Accelerated curing of concrete with high volume Pozzolans-resistivity, diffusivity and compressive strength. Florida Atlantic University; 2012.
10-Afroughsabet V, Ozbakkaloglu T. Mechanical and durability properties of high-strength concrete containing steel and polypropylene fibers. Construction and building materials. 2015 Sep 30;94:73-82.
11-Kakooei S, Akil HM, Jamshidi M, Rouhi J. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures. Construction and Building Materials. 2012 Feb 1;27(1):73-7.
12-Ramezanianpour AA, Esmaeili M, Ghahari SA, Najafi MH. Laboratory study on the effect of polypropylene fiber on durability, and physical and mechanical characteristic of concrete for application in sleepers. Construction and Building Materials. 2013 Jul 1;44:411-8.
13-Hilsdorf H, Kropp J, editors. Performance criteria for concrete durability. CRC Press; 1995 Jul 27.
14-Real S, Bogas JA, Pontes J. Chloride migration in structural lightweight aggregate concrete produced with different binders. Construction and Building Materials. 2015 Nov 15;98:425-36.
15-Zega CJ, Di Maio ÁA. Use of recycled fine aggregate in concretes with durable requirements. Waste management. 2011 Nov 1;31(11):2336-40.
16-Saravanakumar P, Dhinakaran G. Durability aspects of HVFA-based recycled aggregate concrete. Magazine of Concrete Research. 2014 Feb;66(4):186-95.
17-Yehia S, AlHamaydeh M, Farrag S. High-strength lightweight SCC matrix with partial normal-weight coarse-aggregate replacement: Strength and durability evaluations. Journal of Materials in Civil Engineering. 2014 Nov 1;26(11):04014086.
18-ASTM C. 150: Standard Specification for Portland Cement.[book auth.]. ASTM International. Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken: ASTM International. 2012.
19-Plank J, Schroefl C, Gruber M, Lesti M, Sieber R. Effectiveness of polycarboxylate superplasticizers in ultra-high strength concrete: the importance of PCE compatibility with silica fume. Journal of Advanced Concrete Technology. 2009 Feb 26;7(1):5-12.
20-ACI-Committee. ACI 544.3 R-08 Guide for Specifying. Proportioning, and Productionof Fiber-Reinforced Concrete, ACI American Concrete Institute. 2008.
21-ASTM C. 1202: Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration. Annual Book of ASTM Standards. 1994;4:02.
22-Julio-Betancourt GA, Hooton RD. Study of the Joule effect on rapid chloride permeability values and evaluation of related electrical properties of concretes. Cement and concrete research. 2004 Jun 1;34(6):1007-15.
23-Ahmed H, Bogas JA, Guedes M. Mechanical behavior and transport properties of cementitious composites reinforced with carbon nanotubes. Journal of Materials in Civil Engineering. 2018 Oct 1;30(10):04018257.
24-Carriço A, Bogas JA, Hawreen A, Guedes M. Durability of multi-walled carbon nanotube reinforced concrete. Construction and Building Materials. 2018 Mar 10;164:121-33.
25-Astm, C. (2012). 642." Standard test method for density, absorption, and voids in hardened concrete. ASTM International.
26-Chaker V. Corrosion forms and control for infrastructure. Philadelphia: ASTM.
27-Standard AS. ASTM C109-standard test method for compressive strength of hydraulic cement mortars. ASTM International, West Conshohocken.
28-STANDARD B. Non destructive testing—X ray diffraction from polycrystalline and amorphous materials—.
29-JosephI.Goldstein et.al,”Scanning Electron Microscopy & X-Ray Microanalysis” Third Edition, Kluwer academic/Plenum Publishers, NewYork Boston, Dordrecht, London, MoScow, 2003.
30-ASTM E1621-13. Standard Guide for Elemental Analysis by Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry.
31- Liu Z, Beaudoin JJ. An assessment of the relative permeability of cement systems using AC impedance techniques. Cement and concrete research. 1999 Jul 1;29(7):1085-90.
32-Toutanji HA. Properties of polypropylene fiber reinforced silica fume expansive-cement concrete. Construction and Building Materials. 1999 Jun 1;13(4):171-7.