توصيفگر ها :
بتن قليافعال , دانههاي پلاستيكي بازيافتي , روسازي , خصوصيات مكانيكي بتن , دوام بتن , انتشار كربن دي اكسيد , انرژي مصرفي
چكيده فارسي :
بتن به دليل خصوصيات مكانيكي و شكل پذيري مناسب يكي از پركاربردترين مصالح در پروژه هاي عمراني است. يكي از كاربردهاي گسترده بتن در پروژه هاي روسازي ساخت جاده ها، فرودگاه ها، كف مراكز صنعتي و غيره مي باشد. چسباننده ي مورد استفاده در ساخت بتن معمولي سيمان پرتلند مي باشد. فرآيند توليد سيمان پرتلند به دليل توليد مقدار قابل توجه گاز كربن دي اكسيد باعث آسيب هاي جدي زيست محيطي مي شود. يكي از بهترين اقدامات به منظور كاهش اين آسيب ها استفاده از چسباننده ي جايگزين مانند بتن قليافعال به جاي بتن ساخته شده با سيمان پرتلند مي باشد كه اين بتن مي تواند در پروژه هاي عمراني مختلف از جمله ساخت روسازي به كار رود. از سوي ديگر، با توجه به افزايش توليد ضايعات پلاستيكي و مشكلات زيست محيطي ناشي از دفع آن، جايگزيني نسبتي از سنگدانه هاي طبيعي در بتن با دانههاي پلاستيكي مي تواند راه حل مناسبي براي بازيافت اين نوع ضايعات باشد.
در اين پژوهش كاربرد بتن قليافعال سرباره اي در روسازي مورد مطالعه قرار گرفته است به طوري كه ريزدانه با دانههاي پلاستيكي بازيافتي از جنس پلي اتيلن (با نسبت هاي 5، 10 و 15 درصد حجمي) جايگزين شده است. آزمايش هاي متعددي بر روي اين بتن انجام گرفت و سپس نتايج با معيارهاي پيشنهادي دو آيين نامه ي روسازي مقايسه شد. آزمايش هاي مربوط به بتن تازه اسلامپ و جرم مخصوص بتن و آزمايش هايي كه بر روي بتن سخت شده انجام شد تعدادي آزمايش مربوط به سنجش مقاومت و دوام بتن بود. آزمايشهاي مقاومتي شامل مقاومت فشاري، مقاومت كششي، مقاومت خمشي و ضربه و آزمايشهاي دوام شامل جذب نهايي آب، نفوذپذيري آب، كربناسيون، چرخه ي يخ و ذوب و هدايت الكتريكي بود. لازم به ذكر است كه به منظور بررسي اثر دانههاي پلاستيكي بر روي بتن در مقياس ميكروسكوپي، تعدادي تصوير SEM نيز از ناحيه ي انتقالي هر دو نوع سنگدانه ي طبيعي و پلاستيكي تهيه شد.
به طور كلي نتايج به دست آمده در اين پژوهش حاكي از كاهش مقاومت هاي مكانيكي و همچنين كاهش دوام بتن با افزودن دانههاي پلاستيكي مي باشد. كاهش دوام به معناي نفوذ بيشتر آب، گاز كربن دي اكسيد و يون كلر مي باشد. هرچند افزودن دانههاي پلاستيكي باعث افزايش دوام بتن در برابر چرخه هاي متوالي يخ و ذوب گرديد. به عنوان مثال با جايگزيني 10 درصد ريزدانه با دانه هاي پلاستيكي مقاومت فشاري و كششي 28 روزه به ترتيب 11/3 و 7/5 درصد كاهش يافت و يا با همين نسبت جايگزيني جذب نهايي آب و عمق نفوذ كربن دي اكسيد در كربناسيون 180 روزه به ترتيب 9/3 و 13/7 درصد افزايش يافت. پس از مقايسه ي نتايج اين تحقيق با مقادير پيشنهادي استانداردهاي روسازي، اين نتيجه به دست آمد كه اگرچه با افزودن دانههاي پلاستيكي به بتن، مقاومت هاي مكانيكي بتن كاهش يافت، اما بالاتر بودن مقاومت بتن قليافعال در مقايسه با بتن ساخته شده با سيمان پرتلند، اين كاهش را جبران نمود به طوري كه خصوصيات هر چهار طرح مخلوط با معيارهاي تعيين شده در استانداردهاي روسازي مطابق بود.
علاوه بر مطالعات ذكر شده، به منظور بررسي اين كه جايگزيني بتن مطالعه شده با بتن معمولي تا چه حد از نظر زيست محيطي مفيد مي باشد ميزان انتشار كربن دي اكسيد و انرژي مصرفي نيز محاسبه گرديد. محاسبات نشان داد كه با جايگزيني بتن معمولي با بتن مطالعه شده در هركدام از چهار نسبت جايگزيني، ميزان انتشار گاز كربن دي اكسيد و مصرف انرژي به ميزان قابل توجهي كاهش مي يابد. به طور مثال انتشار كربن دي اكسيد و انرژي مصرفي مربوط به بتن قليافعال حاوي 10 درصد ريزدانه ي پلاستيكي نسبت به بتن پرتلند معادل، به ترتيب حدود 16/32 و 29/08 درصد كمتر مي باشد. اين نتايج نشان مي دهد كه در صورت استفاده ي گسترده از اين بتن به جاي بتن پرتلند با انتشار كمتر گاز كربن دي اكسيد و همچنين مصرف كمتر انرژي ، اقدام بزرگي در جهت ساخت روسازي هاي بتني سازگار با محيط زيست برداشته خواهد شد.
چكيده انگليسي :
Concrete is one of the widely used building materials due to formability and appropriate mechanical properties. One of the widespread utilizations of concrete is in pavement so that it can be used in the construction of roads, airports, industrial zones floors and so on. The binder which is used in ordinary concrete is Portland cement. The production of Portland cement causes serious harms to the environment because of the production of significant amount of carbon dioxide. One of the best measures to be taken in order to reduce these harms is using alkali-activated concrete instead of Portland cement one which can be used in various civil projects such as construction of pavement. On the other hand, by considering the increasing of production of plastic waste and the resulting environmental problems rendered by its disposal, substituting a proportion of natural aggregate in concrete with plastic particles could be a proper way for recycling plastic waste materials.
This study investigates the utilization of polyethylene as a partial fine aggregate (5%, 10% and 15% by volume) in alkali-activated slag concrete for pavement construction purposes. Numerous experiments were conducted and then the results were compared with the numbers recommended by two pavement instructions. The fresh concrete experiments were slump and density and the tests that was done on the hardened concrete were some mechanical and durability tests. Mechanical tests were compressive strength, tensile strength, flexural strength and impact and durability tests were ultimate water absorption, water impermeability, carbonation, freezing and thawing resistance and electrical conductivity. It should be noted that in order to inspect the effect of plastic aggregate on the concrete in the microscopic scale, some SEM images were taken of the transitional zones of both natural and plastic aggregates.
Generally, the results of this test are representatives of the reduction of both mechanical and durability properties of the concrete by adding plastic particles. The durability reduction happened due to the increasing of penetration of water, carbon dioxide and chloride ion. However, the resistance of the concrete to freezing and thawing cycles increased by adding plastic aggregate. For example, by replacing 10 percent of the fine aggregate with plastic particles the 28-day compressive strength and tensile strength lowered by around 11.3 and 7.5 percent, respectively or by this replacement percentage the total water absorption and 180-day carbon dioxide penetration increased by about 9.3 and 13.7, respectively. After comparing the results of this research with the recommendations of pavement standards, it was concluded that although the mechanical properties of concrete decreased as the plastic replacement increased, higher mechanical strength of alkali-activated concrete compared with Portland cement one compensated this reduction so that mechanical properties of all four mixes met the limitations that were determined by the instructions.
In addition to the mentioned studies, the calculations of carbon footprint and embodied energy were also done in order to evaluate how much the replacing of this concrete with ordinary one can be environmentally advantageous. The calculations show that by replacing Portland cement concrete with this binder in any of the four mixes, the amount of emitted carbon dioxide and consumed energy decreases significantly. For instance, the CO2 emission and energy consumption of alkali-activated concrete with 10 percent of plastic aggregate are around 16.32 and 29.08 percent less than the equivalent Portland concrete, respectively. These results show that by widespread using of this concrete instead of Portland cement one, a good step is taken toward constructing of environmentally friendly concrete pavements because of both less carbon dioxide emission and less energy consumption.