توصيفگر ها :
خاك اره , متاكائولن , هيدراسيون , عمل آوري داخلي
چكيده فارسي :
در دنياي امروز كه دغدغه هاي زيست محيطي و پايائي در صدر اولويت ها قرار گرفتهاند، صنعت ساختمان سازي نيز به دنبال راهكارهاي نوين
و هوشمندانه براي كاهش اثرات مخرب بر محيط زيست و بهينه سازي منابع است. بتن، به عنوان پركاربردترين ماده ساختماني، با وجود
ويژگيهاي برجسته ي خود، همواره چالش هايي در زمينه ي مصرف منابع طبيعي و توليد مواد زائد به همراه داشته است. از اين رو، تلاش براي
يافتن جايگزينهاي پايدار و ارتقاء خواص بتن، به يكي از مهمترين اهداف پژوهشگران تبديل شده است.
در اين پژوهش، ظرفيت هاي نوين استفاده از مواد زائد چوب (خاك اره)، در صنعت بتن و نقش متاكائولن در بهبود خواص مكانيكي و
دوام آن بررسي شده است. اين تحقيق هدف دارد كه با جايگزيني بخشي از ماسه در بتن توسط مواد زائد ( خاك اره ) و استفاده از متاكائولن،
بتني با وزن كمتر، مقاومت بالا در برابر عوامل مخرب محيطي و هزينه ي مناسب تر توليد كند. در اين راستا، آزمايشهاي متعددي بر روي 13
طرح اختالط با درصدهاي مختلف خاك اره (جايگزين ماسه) و متاكائولن انجام شد. در بخش اول آزمايش ها، مقاومت فشاري نمونه ها در دو
حالت عمل آوري شده و بدون عمل آوري در سنين ،3 ،7 14 و 28 روز مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه نمونهها تحت سيكل هاي ذوب و يخ
متوالي ( ،36 ،50 120 و 150 سيكل) قرار گرفتند و تغييرات وزن، طول و ميزان جذب آب آنها ارزيابي شد. يافته هاي كليدي نشان ميدهند كه
خاك اره، به دليل خاصيت جذب و آزاد سازي تدريجي آب، ميتواند به عنوان عامل عمل آوري داخلي بتن عمل كرده و به ويژه در مناطقي با
محدوديت آب و يا سازه هاي حجيم، به بهبود فرايند هيدراتاسيون بتن كمك كند. اين رويكرد علاوه بر كاهش مصرف ماسه، امكان دستيابي به
بتني سبك تر را فراهم مي آورد.
مطالعات انجام شده حاكي از آن است كه افزودن خاك اره به بتن منجر به ايجاد ساختاري متخلخل و مقاوم در برابر سيكل هاي ذوب و يخ
مي شود. با اين وجود كاهش مقاومت فشاري ناشي از حضور خاك اره، با افزودن متاكائولن به عنوان يك ماده ي مكمل سيماني به نحو موثري
جبران مي گردد. بدين ترتيب متاكائولن نه تنها به افزايش مقاومت فشاري كمك ميكند، بلكه با ايجاد يك ساختار متراكم، موجب ارتقاء دوام
بتن در محيط هاي خورنده نيز ميشود.
نتايج عددي به دست آمده نشان دهنده ي عملكرد فوق العاده ي تركيب 15 درصد خاك اره (به عنوان جايگزين ماسه) و 5 درصد متاكائولن در
بتن است. اين تركيب در حالتهاي مختلف عملآوري، توانسته به حداكثر مقاومت فشاري دست يابد. در واقع، مقاومت فشاري 28 روزه ي اين
بتن به 29/1 مگاپاسكال در شرايط بدون عمل آوري و به 37/6 مگاپاسكال در شرايط عمل آوري شده رسيد كه از سايرنمونه ها بيشتربود.
با بررسي نتايج، مشخص شد كه در نمونه ي شاهد، حدود 31 درصد اختلاف بين مقاومت فشاري نمونه هاي عمل آوري شده و بدون
عمل آوري وجود دارد. اين در حالي است كه در ساير تركيبات حاوي خاك اره، اين اختلاف بين 8 تا 23 درصد متغير است. اين امر
نشاندهنده ي قابليت هاي بالاي خاك اره در بهبود عمل آوري داخلي بتن است. در آزمايش هاي مربوط به سيكلهاي ذوب و يخ، بتن هاي حاوي
متاكائولن نشان دهنده ي عملكرد بهتري نسبت به نمونه هاي تنها حاوي خاك اره بودند. به عنوان مثال، در بتن هاي صرفاً حاوي خاك اره، كاهش
مقاومت فشاري در 150 سيكل نسبت به صفر سيكل حدود 20 درصد بود، اما در بتن تركيبي حاوي خاك اره و متاكائولن، اين كاهش حداكثر
به 15 درصد رسيد. به طور خاص، در بتن حاوي 15 درصد خاك اره و 5 درصد متاكائولن، افت مقاومت فشاري در 150 سيكل تنها 11 درصد
ثبت گرديد، در حالي كه در نمونه ي شاهد، اين افت به 25 درصد رسيد. همين نتايج نشان دهنده ي عملكرد خوب بتن خاك اره اي در برابر
چرخه هاي ذوب و يخ است.
اين يافته ها علاوه بر معرفي يك رويكرد نوين در مديريت مواد زائد چوب و كاهش مصرف ماسه در بتن، مسير را براي توليد بتن هاي با دوام
و پايدار هموار ميسازند
چكيده انگليسي :
In todayʹs world, where environmental concerns and sustainability are top priorities, the construction industry is also looking for new and intelligent solutions to reduce the destructive effects on the environment and optimize resources. Concrete, as the most widely used construction material, despite its outstanding characteristics, has always brought challenges in the field of natural resource consumption and waste production. Therefore, the effort to find sustainable alternatives and improve the properties of concrete has become one of the most important goals of researchers. In this study, the new capacities of using wood waste (sawdust) in the concrete industry and the role of metakaolin in improving its mechanical properties and durability have been investigated. This research aims to produce concrete with less weight, high resistance to environmental destructive factors and more affordable costs by replacing part of the sand in concrete with waste (sawdust) and using metakaolin. In this regard, several tests were conducted on 13 mix designs with different percentages of sawdust (sand substitute) and metakaolin. In the first part of the tests, the compressive strength of the samples in two cured and untreated states at ages of 3, 7, 14 and 28 days was investigated. Subsequently, the samples were subjected to successive freeze-thaw cycles (36, 50, 120 and 150 cycles) and the changes in their weight, length and water absorption were evaluated. Key findings show that sawdust, due to its gradual water absorption and release properties, can act as an internal curing agent for concrete and help improve the hydration process of concrete, especially in areas with water limitations or bulky structures. This approach, in addition to reducing sand consumption, allows for the achievement of lighter concrete. Studies have shown that adding sawdust to concrete creates a porous structure that is resistant to freeze-thaw cycles. However, the reduction in compressive strength caused by the presence of sawdust is effectively compensated by adding metakaolin as a cement additive. Thus, metakaolin not only helps to increase compressive strength, but also improves the durability of concrete in corrosive environments by creating a dense structure. The numerical results obtained show the excellent performance of the mixture of 15% sawdust (as a sand substitute) and 5% metakaolin in concrete. This mixture was able to achieve maximum compressive strength in different curing conditions. In fact, the 28-day compressive strength of this concrete reached 1.29 MPa in the uncured condition and 37.6 MPa in the cured condition, which was higher than other samples. By examining the results, it was found that in the control sample, there was about 31% difference between the compressive strength of cured and untreated samples. While in other mixtures containing sawdust, this difference varied between 8 and 23%. This indicates the high capabilities of sawdust in improving the internal curing of concrete. In tests related to thawing and freezing cycles, concretes containing metakaolin showed better performance than samples containing sawdust alone. For example, in concretes containing sawdust alone, the decrease in compressive strength at 150 cycles compared to zero cycle was about 20%, but in the composite concrete containing sawdust and metakaolin, this decrease reached a maximum of 15%. Specifically, in concrete containing 15% sawdust and 5% metakaolin, the decrease in compressive strength at 150 cycles was only 11%, while in the control sample, this decrease reached 25%. These results indicate the good performance of sawdust concrete against freeze-thaw cycles. In addition to introducing a new approach to wood waste management and reducing sand consumption in concrete, these findings pave the way for the production of durable and sustainable concretes.