توصيفگر ها :
بتن ژئوپليمري , كامپوزيت هاي ژئوپليمري مسلح شده با الياف , سراميك پرسلان , حرارت , الياف تركيبي , مقاومت فشاري , مقاومت كششي , مقاومت خمشي
چكيده فارسي :
ساختار بتن تحت اثر حرارت¬هاي بالا دچار تغييرات فيزيكي و شيميايي مي¬شود؛ كه اين تغييرات موجب كاهش در مقاومت آن و در نهايت منجر به تخريب آن مي¬شود. با توجه به افزايش روز افزون كاربرد بتن در صنايع كوچك و بزرگ و استفاده از صنايع مختلف از حرارت¬هاي بالا، رفع ضعف¬هاي اين ماده در برابر حرارت از اهميت ويژه¬اي برخوردار است. جاي¬گزيني مصالح مقاوم در برابر حرارت به جاي مصالح مرسوم مورد استفاده در بتن، مي¬تواند مقاومت آن را در برابر حرارت افزايش و ميزان كاهش مقاومت ناشي از قرار گرفتن در برابر حرارت را به كاهش دهد. از سوي ديگر، استفاده از مواد ژئوپليمري به جاي سيمان پرتلند معمولي مي¬تواند مقاومت بتن و عملكرد آن را در برابر حرارت بهبود ببخشد؛ زيرا بتن ساخته شده با سيمان پرتلند معمولي مقاومت خود را پس از قرار گرفتن در دماي 600 درجه¬ي سانتي¬گراد از دست مي¬دهد. استفاده از الياف مناسب نيز مي¬تواند عملكرد بتن را در برابر حرارت بهبود ببخشد. استفاده از الياف، از پديده¬ي جدا شدگي پوسته¬ي بتن جلوگيري مي¬كند، فشار منفذي ناشي از تبخير آب درون بتن را كاهش مي¬دهد و مقاومت فشاري، كششي و خمشي بتن در معرض حرارت¬هاي بالا را افزايش مي¬دهد. در اين تحقيق ضايعات سراميك پرسلان در نسبت¬هاي مختلف جاي¬گزين سنگ¬دانه¬ي كامپوزيت ژئوپليمري مسلح شده با الياف (FRGC) شده است. استفاده از اين ضايعات در بتن نه تنها باعث كاهش آلودگي¬هاي زيست¬ محيطي و استفاده¬ي مجدد از يك مصالح غير قابل بازيافت مي¬شود، بلكه خصوصيات و ويژگي¬هاي بتن را بهبود مي¬بخشد. براي تسليح اين كامپوزيت¬ها از الياف فولادي و پلي¬پروپيلن (PP) به صورت تركيبي استفاده شده است. به علت جديد بودن تكنولوژي ساخت بتن¬هاي ژئوپليمري، اصلي-ترين چالش اين تحقيق دست¬ يابي به طرح اختلاط با بالاترين مقاومت فشاري ممكن با استفاده از مصالح ساده و محلي است. براي ساخت بتن ژئوپليمري از سرباره¬ي كوره¬ي آهن گدازي به عنوان ماده¬ي پيش¬ساز (منبع آلوميناسيليكاتي) و از سيليكات سديم به عنوان فعال¬كننده¬ي قليايي استفاده شد. پس از دست يابي به طرح اختلاط موردنظر به آن¬ها الياف اضافه شد و ضايعات سراميك پرسلان با نسبت¬هاي 0%، 25%، 50%، 75% و 100% جاي¬گزين سنگ¬ دانه شدند و نمونه¬ها پس از 28 روز عمل¬آوري تحت دماهاي 27، 400 و 800 درجه¬ي سانتي¬گراد قرار گرفتند و بر آن¬ها آزمايش¬هاي مورد نظر انجام شد. به منظور بررسي تاثير الياف بر بهبود عملكرد كامپوزيت¬ها، نمونه¬هاي بتن ژئوپليمري (بدون الياف) ساخته و در آن¬ها ضايعات سراميك پرسلان با نسبت¬هاي 0%، 50% و 100% جاي¬گزين سنگ¬دانه شدند. نتايج نشان داد كليه¬ي نمونه¬هاي ساخته شده پس از قرار گرفتن در دماهاي بالا دچار كاهش مقاومت شدند؛ اما نمونه¬هاي داراي ضايعات سراميك پرسلان ميزان كاهش مقاومت در آن¬ها كم¬تر بوده و عملكرد كامپوزيت¬ها را در برابر حرارت بهبود بخشيدند. استفاده از ضايعات سراميك پرسلان به جاي سنگ دانه باعث شد مقاومت فشاري، كششي و خمشي كامپوزيت¬هاي ژئوپليمري مسلح شده با الياف پس از قرار گرفتن در دماي 800 درجه¬ي سانتي¬گراد به ترتيب 6/12%، 2/4% و 2/18% بهبود يابد. جاي¬گزيني ضايعات سراميك پرسلان به ميزان 50% و 75% سنگ دانه¬ي كامپوزيت، باعث شد ميزان طاقت خمشي نمونه¬ها در دماي محيط و پس از قرارگفتن در دماي 400 درجه¬ي سانتي¬گراد به ترتيب 6/53% و 7/6% افزايش يابد. هم¬چنين استفاده از الياف تركيبي باعث شد عملكرد بتن ژئوپليمري در برابر حرارت بهبود يابد و مقاومت فشاري، كششي و خمشي آن در برابر حرارت افزايش يابد.
چكيده انگليسي :
The structure of concrete undergoes physical and chemical changes under high temperatures, which lead to a reduction in its strength and eventually its failure. Given the increasing use of concrete in both small and large industries, and the exposure of various industries to high temperatures, improving its heat resistance is particularly important. Replacing traditional materials used in concrete with heat-resistant alternatives can enhance its performance under high temperatures and reduce the strength loss caused by heat exposure. Additionally, using geopolymer materials instead of ordinary Portland cement can improve the concrete's heat resistance, as Portland cement-based concrete loses its strength after exposure to 600°C. Using appropriate fibers also enhances concrete's thermal performance by preventing spalling, reducing pore pressure caused by water evaporation, and increasing compressive, tensile, and flexural strength under high temperatures.
In this study, porcelain ceramic waste was used in various proportions to replace aggregate in fiber-reinforced geopolymer composite (FRGC). Utilizing these waste materials in concrete not only reduces environmental pollution by reusing non-recyclable materials but also improves the properties and characteristics of the concrete. The composite was reinforced using a combination of steel fibers and polypropylene (PP) fibers. Given the novelty of geopolymer concrete technology, the main challenge in this study was to develop a mix design with the highest possible compressive strength using simple and locally available materials. For the geopolymer concrete, blast furnace slag was used as the precursor (an aluminosilicate source) and sodium silicate as the alkaline activator.
After achieving the desired mix design, fibers were added, and porcelain ceramic waste replaced aggregates at proportions of 0%, 25%, 50%, 75%, and 100%. The samples were cured for 28 days and then exposed to temperatures of 27°C, 400°C, and 800°C, with the necessary tests conducted afterward. To assess the effect of fibers on improving the performance of the composites, geopolymer concrete samples without fibers were also made, with porcelain ceramic waste replacing aggregate at 0%, 50%, and 100% proportions. The results showed that all samples experienced a decrease in strength after exposure to high temperatures. However, samples with porcelain ceramic waste exhibited less reduction in strength, improving the composites' performance under heat. Replacing aggregates with porcelain ceramic waste led to a 12.6%, 4.2%, and 18.2% improvement in compressive, tensile, and flexural strength, respectively, of fiber-reinforced geopolymer composites after exposure to 800°C. Replacing 50% and 75% of the composite's aggregate with porcelain ceramic waste also improved the flexural toughness of the samples by 53.6% and 6.7%, respectively, at room temperature and after exposure to 400°C. Furthermore, using a combination of fibers enhanced the heat resistance of the geopolymer concrete, improving its compressive, tensile, and flexural strength under thermal conditions.
