توصيفگر ها :
بتن قليافعال سرباره اي , سنگ دانه بازيافتي آسفالتي , روش تاگوچي , آب دريا , دوام بتن
چكيده فارسي :
بتن يكي از مهمترين و پرمصرفترين مصالح در پروژههاي عمراني بهشمار ميآيد. در بتن معمولي، سيمان پرتلند بهعنوان عنصر اصلي چسباننده به كار ميرود؛ اما فرآيند توليد آن منجر به انتشار مقادير زيادي گاز كربندياكسيد ميشود و بنابراين تأثيرات زيستمحيطي قابلتوجهي دارد. يكي از راهكارهاي مؤثر براي كاهش اين تأثيرات، استفاده از چسبانندههاي قليافعال سربارهاي بهجاي سيمان پرتلند است. اين نوع بتن ميتواند در بسياري از پروژههاي ساختماني و عمراني كاربرد داشته باشد. در سالهاي اخير، استفاده از مصالح بازيافتي در توليد بتن، مورد توجه قرار گرفته است. سنگدانه بازيافتي آسفالتي يكي از اين مواد است كه از خرد كردن لايههاي روسازي آسفالتي قديمي حاصل ميشود. اين رويكرد نهتنها از مصرف منابع طبيعي ميكاهد، بلكه به مديريت ضايعات ساختوساز نيز كمك ميكند. همچنين، با توجه به كمبود فزاينده آب شرب و وجود دسترسي گسترده به آب دريا، استفاده از اين منبع بهعنوان جايگزين آب شيرين در توليد بتن، اهميت بالايي پيدا كرده است. اين موضوع بهويژه در مناطق ساحلي و كشورهاي خشك مانند خاورميانه كه تأمين آب شيرين با فرآيندهاي گرانقيمت نمكزدايي همراه است، برجستهتر است. در اين پژوهش، نمونههاي بتن قليافعال سربارهاي با استفاده از سرباره بهعنوان ماده چسباننده، متاسيليكات سديم بهعنوان فعالكننده قليايي، سنگدانه بازيافتي آسفالتي و همچنين آب درياي خليج فارس و آب شرب ساخته شدند. جهت تعيين طرحي با خصوصيات بهينه، چهار فاكتور اصلي در نظر گرفته شد: درصد جايگزيني سنگدانه بازيافتي آسفالت با سنگدانه طبيعي (25، 50، 75 و 100)، نسبت وزني آب به چسباننده (49/0، 50/0، 51/0 و 52/0)، نسبت متاسيليكات سديم به سرباره (16/0، 18/0، 20/0 و 22/0) و عيار چسباننده (300، 350، 400 و 450 كيلوگرم بر مترمكعب). اين تعداد فاكتور و سطح منجر به طراحي 256 تركيب اختلاط متفاوت شد. به منظور كاهش تعداد آزمايشهاي لازم و تعيين يك طرح بهينه با حداكثر مقاومت، از روش طراحي آزمايش تاگوچي استفاده گرديد. اين روش به انتخاب 16 طرح نماينده انجاميد كه تحت آزمايشهاي مقاومت فشاري، خمشي و كششي قرار گرفتند. تحليل دادههاي بهدستآمده نشان داد كه مقاومت فشاري بتنهاي حاوي آب دريا در سن 7 روزه نسبت به طرح مشابه با آب شرب، بين 5 تا 35 درصد كاهش مييابد. اين افت در دورههاي بعدي (28 و 90 روزه) كاهش مييابد و به محدوده 5 تا 25 درصد ميرسد. با اين حال، تمامي نمونهها داراي مقاومتهاي قابلقبولي بودند كه در دامنه قابل قبول براي بتنهاي معمولي قرار داشتند. نتايج بهدستآمده از اين پژوهش نشان ميدهد كه با بهينهسازي صحيح تركيبات مخلوط، ميتوان به طرح اختلاطي دست يافت كه در مناطقي با محدوديت دسترسي به آب شرب يا سنگدانه طبيعي، كاربرد عملي داشته باشد. اين مصالح با توجه به اهداف توسعه پايدار و كاهش اثرات زيستمحيطي، ميتوانند جايگزينهاي مناسبي براي مصالح سنتي باشند.
نتايج آزمايشهاي دوامي نشان دادند كه بتن قليافعال سربارهاي حاوي سنگدانه بازيافتي آسفالتي ميتواند عملكرد خوبي در شرايط مختلف داشته باشد، حتي زماني كه با آب دريا ساخته شود. حضور يونهاي كلريد و سولفات در آب دريا تأثيرات منفي مختصري بر روي مقاومت در برابر نفوذ آب، كربناسيون و واكنش در محيطهاي اسيدي دارد. در مقابل، بتن با آب معمولي از مقاومت بهتري در برابر اين عوامل دوامي برخوردار بود و حتي در معرض اسيد سولفوريك با pH پايين، روند افزايشي در مقاومت فشاري را نشان داد، امري كه نشان از پايداري بالاي ساختار ژلي تشكيلدهنده دارد. با اين حال، بتن قليافعال بهطور كلي در برابر محيطهاي خورنده از جمله اسيدها و CO₂ هوا، عملكرد بهتري نسبت به بتن سيماني معمولي دارد و اين موضوع، آن را به يك گزينه مناسب براي استفاده در مناطق صنعتي و ساحلي تبديل ميكند. علاوه بر اين، اين نوع بتن در شرايطي كه دسترسي به آب شيرين محدود است مانند مناطق كمآب و ساحلي كشور، ميتواند بهعنوان يك راهكار پايدار و كاربردي مطرح شود.
چكيده انگليسي :
Concrete is one of the most important and widely used materials in civil engineering projects. In conventional concrete, Portland cement serves as the primary binder; however, its production process leads to the emission of large quantities of carbon dioxide, resulting in significant environmental impacts. One effective solution to reduce these impacts is the use of slag-based alkali-activated binders instead of Portland cement. This type of concrete can be applied in numerous construction and civil engineering projects. In recent years, the use of recycled materials in concrete production has received growing attention. Reclaimed asphalt pavement (RAP) aggregate is one such material, obtained by crushing old asphalt pavement layers. This approach not only reduces the consumption of natural resources but also contributes to better construction waste management. Additionally, given the increasing scarcity of freshwater and the widespread availability of seawater, using seawater as a substitute for freshwater in concrete production has gained significant importance. This issue is particularly critical in coastal regions and arid countries such as those in the Middle East, where freshwater supply relies on costly desalination processes.
In this study, alkali-activated slag concrete specimens were prepared using slag as the binder, sodium metasilicate as the alkaline activator, reclaimed asphalt pavement (RAP) aggregate, and both Persian Gulf seawater and freshwater. To determine an optimal mix design, four main factors were considered: the replacement percentage of natural aggregate with RAP (25%, 50%, 75%, and 100%), the water-to-binder weight ratio (0.49, 0.50, 0.51, and 0.52), the sodium metasilicate-to-slag ratio (0.16, 0.18, 0.20, and 0.22), and the binder content (300, 350, 400, and 450 kg/m³). These factors and levels led to the design of 256 different mix combinations. To reduce the required number of experiments and identify an optimal mix with maximum strength, the Taguchi experimental design method was employed. This approach resulted in the selection of 16 representative mix designs, which were then subjected to compressive, flexural, and tensile strength tests.
Data analysis revealed that the compressive strength of concrete specimens made with seawater at 7 days decreased by 5% to 35% compared to similar mixes using freshwater. This reduction diminished in later curing periods (28 and 90 days), falling within the range of 5% to 25%. Nevertheless, all specimens exhibited acceptable strength levels, falling within the acceptable range for conventional concrete. The results of this research indicate that, through proper optimization of mixture proportions, a practical mix design can be achieved suitable for regions with limited access to freshwater or natural aggregates. Given the goals of sustainable development and reducing environmental impacts, these materials can serve as viable alternatives to traditional construction materials. Durability test results demonstrated that alkali-activated slag concrete containing reclaimed asphalt aggregate can perform well under various conditions, even when mixed with seawater.
