توصيفگر ها :
روسازي بتني , مواد تغيير فاز دهنده , سرباره ي فولادي , ميكروكپسول , خصوصيات مكانيكي , شبيه سازي دماي شبانه روز
چكيده فارسي :
قابليتهاي بتن )دوام و مقاومت بالا( باعث به كار گيري وسيع اين محصول در مهندسي عمران شده است. در سالهاي اخير استفاده از بتن
در روسازي راهها رشد چشمگيري داشته است. علاوه بر ويژگيهاي خوب روسازيهاي بتني، يكي از معايب اين نوع روسازيها، تاثير
انجماد آبها روي سطح روسازي است. اين مسئله باعث ايجاد خرابيهايي مانند ايجاد ترك در بتن و پوسته پوسته شدن سطح روسازي
ميشود. مواد تغيير فاز دهنده موادي با گرماي نهان بالايي هستند كه قادر به ذخيره و آزاد سازي مقدار زيادي انرژي حرارتي هنگام عمل
ذوب و انجماد هستند. ذخيرهي انرژي حرارتي در اين مواد، در طي فرآيند تغيير فاز اتفاق ميافتد. درصورت انتخاب مناسب مادهي تغيير فاز
دهنده با توجه به كاربردهاي مورد نياز، اين مواد ميتوانند گرما را در خود ذخيره كنند و در زمان انجماد آبهاي روي سطح روسازي، مانع
از انجماد آبها شود. از طرفي سربارهها كه محصول جانبي توليد كارخانههاي فولاد هستند و اغلب به صورت دپوهاي عظيمي انباشته
ميشوند، يكي از چالشهاي پيش روي محيط زيست بوده وسالانه هزاران تن از آنها غير قابل استفاده رها ميشود. يكي از زمينههايي كه
ميتوان از اين مصالح در حجم بالايي مورد استفاده قرار داد، استفاده به عنوان مصالح سنگي در روسازيهاي بتني است. در اين پژوهش از
سربارهي فولادي با ابعاد 5 - 19 ميلي متر و درصدهاي جايگزيني 50 و 100 با درشت دانه، PEG 400 به عنوان مادهي تغيير فاز دهنده و
سيمان سربارهاي با درصدهاي 15 و 30 جايگزين سيمان استفاده شد. در اين تحقيق ساخت نمونههاي بتني به سه دستهي كلي تقسيم بندي
شده است. دستهي اول نمونههاي شاهد، دستهي دوم نمونههاي حاوي مادهي تغيير فاز دهنده به روش تثبيت با ميكرو سيليس و دستهي سوم
نمونههاي حاوي مادهي تغيير فاز دهنده به روش ميكرو كپسول ميباشند. آزمايشهاي مقاومت خمشي، مقاومت كششي، مقاومت فشاري،
جذب آب، ضريب هدايت حرارتي، شبيه سازي دماي شبانه روز و آزمايش عملكرد گرمايي مورد بررسي قرار گرفتند. بر اساس آزمايشات
انجام شده روي نمونههاي فشاري نمونهي 20 درصد مادهي تغيير فاز دهنده به روش تثبيت و سنگ دانهي طبيعي نسبت به نمونهي شاهد
حدود 30 درصد كاهش و در روش ميكروكپسول حدود 37 درصد كاهش مقاومت داشت. در نمونههاي كششي، نمونهي 20 درصد مادهي
تغيير فاز دهنده به روش تثبيت و سنگ دانهي طبيعي نسبت به نمونهي شاهد حدود 35 درصد كاهش و در روش ميكروكپسول حدود 52
درصد كاهش مقاومت داشت. در نمونههاي خمشي، نمونهي 20 درصد مادهي تغيير فاز دهنده به روش تثبيت و ميكرو كپسول به ترتيب
باعث كاهش 34 و 44 درصدي در مقاومتهاي خمشي شده است. در نمونههاي جذب آب، نمونهي 100 درصد سرباره به روش تثبيت
باعث كاهش حدود 33 درصدي جذب آب نسبت به نمونهي شاهد شد. در صورتي كه در نمونهي مشابه به روش ميكرو كپسول باعث
كاهش 28 درصدي جذب آب شد. پس از آزمايشات مقاومتي نمونهها، در فاز دوم به بررسي خصوصيات حرارتي و انتقال گرماي نمونهها
پرداخته شد. در آزمايش ضريب هدايت حرارتي، نرخ افزايش ضريب هدايت حرارتي در نمونههاي حاوي 100 درصد سرباره و 20 درصد
مادهي تغيير فاز دهنده، نسبت به نمونههاي شاهد بيشتر است و اين مسئله به علت وجود مواد تغيير فاز دهنده در اين نمونهها ميباشد كه
فرايند انتقال دما را نسبت به نمونههاي شاهد تسريع كردند. اين مسئله در نمونههاي حاوي ميكرو كپسول بهتر خود را نشان داده است كه
ميتوان به علت پراكندگي يكنواختتر ميكرو كپسولها و رسانايي بالاتر پوستهي ميكرو كپسول نسبت به ميكرو سيليس ميباشد. در
آزمايشات شبيه سازي دماي شبانه روز و عملكرد گرمايي دقيقا نتايج آزمايش ضريب هدايت حرارتي را تاييد ميكند.
چكيده انگليسي :
In Civil Engineering, concrete due to its characteristics, such as the high strength and durability of this product, has been considered in various fields of civil engineering. One of these fields, which is used in most parts of the world, is concrete as a pavement for roads, which captured a great deals of attention over the course of past few years. Beyond the decent properties of concrete pavements, one of the disadvantages of this type of pavement, which is also the same in asphalt pavements, is the freezing of water and snow on the pavement surface. This factor causes damages to the concrete and the scaling of the pavement surface. Phase change materials are high latent heat exchangers that can store and release large amounts of heat energy during melting and freezing. The stored thermal energy in this material occurs during the phase change process. In choosing the right phase change material according to the required situations, these materials can store heat and prevent water from freezing when the water is going to freeze on the pavement surface. On the other hand, slag, which is a by-product of steel mills and is often accumulated in huge depots, is one of the challenges for the environment and thousands of them become unusable every year. The capacity of these materials can be used in high Volume, it has been used as stone materials in concrete pavements.
In this research, steel slag with dimensions of 19-5 mm and replacement percentages of 50 and 100 relatively with coarse aggregates, PEG 400 is used as a phase change material and slag cement is used with 15 and 30 percent replacement of cement. In this research, the production of concrete samples is divided into three general categories. The first group is the control samples, the second group is the samples containing phase change materials by micro-silica stabilization method and the third group is the samples containing phase change material by microcapsule method. Flexural strengths, tensile strengths, compressive strengths, water absorption, thermal conductivity, daytime temperature simulator tests, and thermal performance tests have been carried out. Based on the experiments performed on the 20% compression sample of the phase change material by the stabilization method and natural aggregates, the resistance was reduced by about 30% compared to the samples and by 37% in the microcapsule method. In tensile samples, 20% phase change samples were reduced by the stabilization method, natural aggregates were reduced by about 35%, and in the microcapsule method by about 52% reduction. In flexural specimens, a 20% phase change sample by stabilization and microcapsule methods resulted in a 34% and 4% reduction in flexural strengths. In water absorption samples, 100% stabilization samples reduced water absorption by about 33% compared to control samples. In samples similar to the microcapsule method, water absorption was reduced by 28%. After the resistance tests the samples, in the second phase, the thermal properties and heat transfer of the samples were investigated. In the thermal conductivity test, the increase in thermal velocity in samples containing 100% slag and 20% phase change materials is more than the samples, and this is due to the presence of phase change materials in these samples, which performs the temperature transfer process. They accelerated compared to the control samples. It is better to show this in samples containing microcapsules, which can be due to the more uniform performance of microcapsules and higher conductivity of microcapsule shells than micro silica. In simulation experiments, circadian temperature and heat performance accurately confirm the thermal coefficient test results.
