توصيفگر ها :
بتن غلتكي روسازي , كربن دي اكسيد , الگوريتم ژنتيك , خاكستر بادي , سربارهي كوره بلند
چكيده فارسي :
روسازي بتن غلتكي به دليل كاهش هزينهي كلي ساختوساز، مقاومت نسبتاً بالا در سنين پايين و سرعت اجراي زياد به تدريج به عنوان جايگزين مناسب براي ساخت جاده در نظر گرفته ميشود. تفاوت بتن غلتكي با بتن معمولي در طرح مخلوط و روش اجراء است. امروزه بسياري از محققين در سراسر جهان در تلاش براي كاهش اثرات زيست محيطي در صنعت ساخت و ساز هستند. توليد سيمان مقدار زيادي كربن دياكسيد در محيط آزاد ميكند. مؤثرترين تكنيك براي كاهش انتشار كربن دياكسيد، كاهش استفاده از كلينكر سيمان، با جايگزيني بخشي از آن با مواد جايگزين است. علاوه بر اين، پسماندهاي صنعتي نياز به استفادهي مؤثر براي جلوگيري از آسيب به محيط زيست دارند. در اين تحقيق استفاده از خاكستر بادي، سربارهي كوره بلند و همچنين تركيب آنها به عنوان جايگزين سيمان در بتن غلتكي بهمنظور كاهش اثرات زيست محيطي و الياف فولادي براي بهبود خواص مكانيكي مورد بحث و بررسي قرار گرفت. نمونههاي مورد آزمايش در اين تحقيق بر اساس روش مبتني بر ديدگاه خاكي ساخته شده و براي تراكم نمونهها از چكش ارتعاشي كنگو استفاده شده است. آزمايشهاي ذكر شده در دو مرحله انجام گرفتند. در مرحله اول، با استفاده از مقدار سيماني 15 درصد وزن سنگدانه، سه مقدار الياف فلزي 0، 30 و 45 كيلوگرم بر متر مكعب، سه مقدار خاكستر بادي 0، 20 و 40 درصد مصالح چسبنده، سه مقدار سربارهي كوره بلند 0، 20 و 40 درصد مصالح چسبنده و سه مقدار رطوبت 4، 5 و 6 درصد وزن مصالح خشك به منظور تعيين درصد رطوبت بهينه مورد نياز براي طرح مخلوط هاي اصلي اختصاص يافت. در اين مرحله از آزمايش تعداد 189 نمونهي مكعبي 100×100×100 ميليمتري براي تعيين درصد رطوبت بهينه مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله دوم، با تعيين درصد رطوبت بهينه طرح مخلوطهاي 21 گانه به دست آمده و نمونههاي اصلي ساخته شد. نمونههاي مذكور شامل مقاومت فشاري در سنين 7، 28 و 90 روزه (189 نمونه مكعبي 100×100×100 ميليمتري)، جذب آب (42 نمونه مكعبي 100×100×100 ميليمتري) و مقاومت خمشي (42 نمونه مكعبي 100×100×350 ميليمتري) ميباشند. در نهايت با استفاده از الگوريتم ژنتيك، بر اساس تحقيقات گذشته و نتايج اين تحقيق در مورد تأثير استفاده از خاكستر بادي، سرباره و الياف بهصورت جداگانه و همزمان و ساير جايگزينهاي سيمان در بتن غلتكي، طرح مخلوط بهينه كم كربن براي هر مقاومت فشاري به دست آمد. نتايج بهدست آمده حاكي از آن است كه با افزايش ميزان الياف فولادي در طرح مخلوطهاي بتني، درصد رطوبت بهينه، مقاومت فشاري، مدول گسيختگي و شاخص طاقت بهبود مييابند. تركيب سرباره كوره بلند و خاكستر بادي به ميزان 20 درصد باعث كاهش مقاومت در سن 7 روز، اما در سنين 28 و 90 روز موجب افزايش مقاومت نسبت به طرح فاقد جايگزين سيمان ميشود. همچنين، استفاده از 30 كيلوگرم بر متر مكعب الياف فولادي در طرحهاي داراي سرباره كوره بلند و خاكستر بادي، بهترين عملكرد را در مقاومت فشاري و جذب آب نشان ميدهد. جايگزيني سيمان با تركيب خاكستر بادي و سرباره كوره بلند به ميزان 20 درصد باعث كاهش جذب آب و افزايش مقاومت در سنين بالاتر ميشود. استفاده از الياف فولادي و تركيبهاي جايگزين سيمان ميتواند تأثير مثبتي بر خواص بتن غلتكي داشته باشد و در عين حال انتشار كربن دياكسيد را كاهش دهد، هرچند كه استفاده از الياف فولادي و فوق روانكنندهها ممكن است به افزايش انتشار كربن منجر شود.
چكيده انگليسي :
Roller-compacted concrete pavement (RCCP) is increasingly considered a suitable alternative for road construction due to its lower overall construction cost, relatively high early-age strength, and rapid execution. The main difference between RCCP and conventional concrete lies in the mix design and construction method. Nowadays, many researchers around the world are seeking to reduce the environmental impacts of the construction industry. Cement production releases a significant amount of carbon dioxide into the atmosphere. The most effective technique to reduce CO₂ emissions is to decrease the use of cement clinker by partially replacing it with supplementary materials. In addition, industrial by-products require effective utilization to prevent environmental damage. In this study, the use of fly ash, granulated blast furnace slag, and their combination as cement substitutes in RCCP was investigated to reduce environmental impacts, while steel fibers were incorporated to improve mechanical properties. The specimens were prepared using a soil-based approach, and compaction was carried out with a vibrating hammer. The experimental program was conducted in two phases. In the first phase, with a cement content equal to 15% of aggregate weight, three levels of steel fiber (0, 30, and 45 kg/m³), three levels of fly ash (0, 20, and 40% of binder weight), three levels of blast furnace slag (0, 20, and 40% of binder weight), and three moisture contents (4, 5, and 6% of dry aggregate weight) were considered to determine the optimum moisture content for the main mix designs. In this stage, 189 cube specimens (100×100×100 mm) were tested to establish the optimum moisture content. In the second phase, 21 mix designs were obtained based on the determined optimum moisture content, and the main specimens were cast. These specimens included compressive strength tests at 7, 28, and 90 days (189 cube specimens of 100×100×100 mm), water absorption tests (42 cube specimens of 100×100×100 mm), and flexural Toughness tests (42 prism specimens of 100×100×350 mm). Finally, using a genetic algorithm and based on previous studies as well as the results of this research regarding the effects of fly ash, slag, and steel fibers—both individually and in combination—as well as other cement alternatives in RCCP, the optimal low-carbon mix design was obtained for each compressive strength level. The findings indicate that increasing steel fiber content in concrete mixes improves optimum moisture content, compressive strength, modulus of rupture, and toughness index. The combined use of 20% fly ash and blast furnace slag reduces strength at 7 days, but increases strength at 28 and 90 days compared to mixes without cement replacement. Furthermore, incorporating 30 kg/m³ of steel fibers in mixes containing slag and fly ash showed the best performance in terms of compressive strength and water absorption. Replacing 20% of cement with a combination of fly ash and blast furnace slag reduced water absorption and enhanced long-term strength. The use of steel fibers and cement replacement materials can have a positive effect on the properties of RCC while simultaneously reducing CO₂ emissions, although the use of steel fibers and superplasticizers may lead to an increase in carbon emissions.