تاثیرچرخه‌های یخ‌زدن و آب شدن بر چسبندگی بین بتن جدید و قدیم با متغیرهای موثر متفاوت

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 دانشگاه ارومیه
2 دانشکده مهندسی عمران - دانشگاه تبریز
چکیده
اضافه کردن بتن تازه به روی بتن قدیمی یک روش معمول برای تعمیر یا تقویت سازه‌ها می‌باشد. در این تحقیق جهت ارزیابی مقاومت برشی و کششی محل اتصال بتن قدیم و جدید تحت چرخه های متوالی یخ‌زدن و آب شدن از بتن جدید با مقدار سیمان 350،300 و400 کیلوگرم بر مترمکعب و سه نسبت آب به سیمان 0/4، 0/45، 0/5 و مواد حباب ساز با مقادیر 0، 0/1، 0/2، 0/3 و0/4 وزن سیمان مصرفی استفاده شده است. در ادامه 300 چرخه متوالی یخ‌زدن و آب شدن پس از 3 ،7 و 28 روز عمل‌آوری روی نمونه‌ها صورت پذیرفت. دوره‌های یخ‌زدن و آب شدن شامل پائین آوردن دمای نمونه‌ها از 4 درجه سانتیگراد به 18- درجه سانتیگراد و بالا بردن آن از 18- درجه سانتیگراد به 4 درجه سانتیگراد می‌باشدکه این امر به طور متناوب و در مدت زمان 4 ساعت برای هر چرخه آب‌شدن و یخ‌زدن صورت گرفت. نمونه‌ها به مدت 3 ساعت به حالت یخ‌زدن و 1 ساعت در داخل آب جهت طی فرآیند آب‌شدن قرار داده شد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که تاثیر چرخه های یخ‌زدن و آب شدن بر مقاومت برشی بیش از مقاومت کششی باند اتصال می‌باشد و افزایش درصد وزنی مواد حباب‌ساز، بیشترین تاثیر را در دوره عمل‌آوری 28 روزه روی تنش برشی دارد و با افزایش درصد وزنی مواد حباب‌ساز از صفر به 0/4، اختلاف مقدار تنش برشی در شرایط با و بدون چرخه یخ‌زدن و آب شدن کم می‌شود. بیشترین کاهش مقاومت برشی باند اتصال پس از اعمال چرخه دمایی در میزان مواد حباب ساز صفر می‌باشد به طوری که برای نمونه 28 روزه بتن در نسبت آب به سیمان و مقدار سیمان‌های مختلف، میزان مقاومت برشی به طور متوسط 93 درصد کاهش می‌یابد. مطابق نتایج این تحقیق، با افزایش درصد وزنی مواد حباب‌ساز از صفر به 0/4، برای بتن با مقدار سیمان300، 350 و400 کیلوگرم‌بر‌مترمکعب، میزان تنش برشی برای نسبت آب به سیمان‌ها و دوره‌های عمل‌آوری مختلف به طور متوسط به ترتیب، 15، 14 و 11 درصد کاهش می‌یابد. برای شرایط آزمایشگاهی با چرخه یخ‌زدن و آب شدن، میزان تنش برشی با افزایش درصد وزنی مواد حباب ساز به طور چشمگیری افزایش می‌یابد به طوری که برای بتن با مقدار سیمان 300، 350 و 400 کیلوگرم‌بر‌مترمکعب در دوره عمل آوری 28 روزه و نسبت آب به سیمان 0/45، با افزایش درصد وزنی مواد حباب‌ساز از صفر به 0/4 میزان تنش برشی از مقدار بسیار ناچیز 0/42، 0/45 و 0/47 به 2/59، 2/91 و 2/99 مگاپاسکال می‌رسد.با افزایش نسبت آب به سیمان در شرایط بدون چرخه یخ‌زدن و آب شدن، میزان مقاومت برشی روند کاهشی دارد ولی در شرایط با چرخه یخ‌زدن و آب شدن، مقاومت برشی ابتدا روند افزایشی و سپس کاهشی دارد به طوری که بیشترین مقدار مقاومت برشی در نسبت آب به سیمان 0/45 رخ می‌دهد. همچنین بیشترین مقاومت اتصال پس از اعمال چرخه های یخ‌زدن و آب شدن در نمونه ها، پس از 3 روز عمل‌آوری در نسبت آب به سیمان 0/4، مقدار سیمان 400 کیلوگرم بر متر مکعب و استفاده از 0/4 درصد وزن سیمان مصرفی به عنوان حباب ساز رخ می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The Effect of Freezing and Thawing Cycles on the Adhesion Between New and Old Concrete with Different Secondary Factors

نویسندگان English

Meysam Sadighi 1
mohammadali lotfollahi-yaghin 2
Mohammad Naghavi 1
1 Urmia University
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Iran
چکیده English

Adding fresh concrete to old concrete is a common method for repairing or strengthening structures. In this research, in order to evaluate the shear and tensile strength of the joint of old and new concrete under successive cycles of freezing and thawing of new concrete with cement grades of 300, 350 and 400 kg/m3 and three water-to-cement ratios of 0.4, 0.45, 0.5 and bubble-making materials with amounts of 0.0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4 of the weight of cement used. Then, 300 consecutive cycles of freezing and thawing were performed on the samples after 3, 7 and 28 days of processing period. Freezing and thawing periods include lowering the temperature of the samples from 4°C to -18°C and raising it from -18°C to 4°C, which is done alternately and in a period of 4 hours for each thawing-freezing cycle. The samples were frozen for 3 hours and placed in water for 1 hour for the thawing process. The results of this research show that the effect of freezing and thawing cycles on the shear strength is more than the tensile strength of the bond and the increase in the weight percentage of the bubble-making material has the greatest effect on the shear stress during the 28-day processing period, and with the increase in the weight percentage of the bubble-making material from zero to 0.4, the difference in the amount of shear stress in the conditions with and without the freezing and thawing cycle decreases. The maximum decrease in the shear strength of the joint bond after the application of the temperature cycle is zero in the amount of bubble-making material, so that for a 28-day concrete sample, the shear strength decreases by 93% on average in the ratio of water to cement and different grades of cement. According to the results of this research, with the increase in the weight percentage of bubble-making materials from zero to 0.4, for concrete with 300, 350 and 400 kg/m3 grade, the amount of shear stress for different water-cement ratios and different processing periods decreases on average by 15%, 14% and 11%, respectively. But for laboratory conditions with freezing and thawing cycles, the amount of shear stress increases significantly with the increase in the weight percentage of bubble-making materials, so that for concrete with 300, 350 and 400 kg/m3 grade in the 28-day processing period and the ratio of water to cement 0.45, with the increase in the weight percentage of bubble-making materials from zero to 0.4, the amount of shear stress reaches from a very small value of 0.42, 0.45 and 0.47 to 2.59, 2.91 and 2.99 MPa. With the increase of water-cement ratio in conditions without freezing and thawing cycle, the amount of shear strength decreases, but in conditions with freezing and thawing cycles, the shear strength first increases and then decreases, so that the highest value of shear strength occurs in the water-cement ratio of 0.45. Also, the highest bond strength after applying freezing and thawing cycles in the samples, after 3 days of processing in water to cement ratio of 0.4, grade of 400 kg/m3 and using 0.4% of cement weight used as bubble material occurs.

کلیدواژه‌ها English

Shear Strength
Connection Point
New and Old Concrete
Freezing and Thawing Cycle
[1] Shin H.C. & Wan Z. 2010 Interfacial properties between new and old concretes. In 2nd International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, Ancona, Italy.
[2] Neshvadian K. 2010 Evaluation of Bond Strength between Overlay and Substrate in Concrete Repairs. Architecture and the Built Environment, KTH Royal Institute of Technology.
[3] Wan Z. 2011 Interfacial shear bond strength between old and new concrete. Master's Theses, Louisiana State University.
[4] Tayeh B.A., Bakar B.A., Johari M.M. & Voo Y.L. 2013 Evaluation of bond strength between normal concrete substrate and ultra high performance fiber concrete as a repair material. Procedia Engineering, 54.
[5] AlHallaq A.F. 2014 Improving bond strength between concrete over layers. Improving bond strength between concrete over layers. Published by the Faculty of Engineering, Khon Kaen University, Thailand, 48(1).
[6] Donjuan J. 2014 Evaluation of bonding agent application on concrete patch performance. Doctoral dissertation, Kansas State University.
[7] Carbonell Muñoz M.A., Harris D.K., Ahlborn T.M. & Froster, D.C. 2014 Bond performance between ultrahigh-performance concrete and normal-strength concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 26(8).
[8] Habouh M.I. 2015 Shear Transfer Strength of Concrete Placed Against Hardened Concrete. Doctoral dissertation, University of Akron.
[9] Rosen C.J. 2016 Shear Strength at the Interface of Bonded Concrete Overlays. Master's Theses.
[10] Vandhiyan R. & Kathiravan M. 2017 Effect of Bonding Chemical on Bond Strength Between Old and New Concrete. SSRG International Journal of Civil Engineering, Structural Engineering Department of Civil Engineering, PSNA College of Engineering & Technology, Dindigul, Tamil Nadu, India.
[11] Kabay N. & Kizilkanat A.B. 2018 Mechanical properties of concrete to concrete interfaces under uniaxial and shear forces. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 24(6).
[12] Tayeh B.A., Naja M.A., Shihada S. & Arafa M. 2019 Repairing and strengthening of damaged rc columns using thin concrete jacketing. Advances in Civil Engineering, Hindawi.
[13] Croes L. 2019 Behavior of unreinforced concrete-to-concrete interfaces under shear loading. Master's Thesis, Eindhoven University.
[14] Sharma S., Aaleti, S. & Dao, T.N. 2019 An Experimental and Statistical Study of Normal Strength Concrete (NSC) to Ultra High Performance Concrete (UHPC) Interface Shear Behavior. In International Interactive Symposium on Ultra-High Performance Concrete, Iowa State University Digital Press, 2(1).
[15] ASTM. 2003 Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing. ASTM C666, Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia.
[16] AASHTO T259. 2002 Standard Method of Test for Resistance of Concrete to Chloride Ion Penetration. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC.
[17] ASTM. 2011 Standard Test Method for Air-Entraining Admixtures for Concrete Active Standard. ASTM C233, Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia.
[18] ASTM. 2005 Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete. ASTM C494, Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia.
[19] Iranian National Standardization Organization (INSO-6047). 2016 Concrete– Determination of the splitting tensile strength of cylindrical concrete specimens– Test method, 1st. Revision (In Persian).
[20] ASTM. 2017 Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens. ASTM C496, ASTM International.