تأثير درجه حرارت‌هاي زياد بر خواص مكانيكي بتن حاوي سرباره آلومينيوم از منظر ريزساختاري

Efficacy of Elevated Temperatures on Mechanical Properties of Concrete Containing Aluminum Slag from the Microstructural Perspective

سازه‌هاي بتني در درجه حرارت‌‌هاي زياد دچار تغيير رفتار و ناپايداري مي‌شوند. اين تغيير رفتار و ناپايداري در اكثر موارد وابسته به تغييرات نانوساختار هيدرات سيليكات كلسيم (C-S-H) و هيدرات آلومينوسيليكات كلسيم (C-A-S-H) از مهم‌ترين بخش‌هاي فرآيند هيدراتاسيون خمير سيمان است كه در تعيين خواص مقاومتي و مكانيكي بتن نقش اساسي دارند. افزودن سرباره آلومينيوم، به‌عنوان شاخه‌اي از مصالح پوزولاني به تركيبات سيماني مي‌تواند منجر به بهبود رفتار بتن در درجه حرارت‌‌هاي زياد ‌شود. بر اين اساس هدف اين مقاله بررسي تأثير درجه حرارت‌هاي زياد بر بتن حاوي درصدهاي مختلف سرباره آلومينيوم از منظر ريزساختاري است. در اين راستا نمونه‌هاي مكعبي حاوي درصدهاي مختلف پودر سرباره آلومينيوم تهيه شده است. آزمونه‌ها به مدت 28 روز در حمام رطوبت عمل‌آوري شده سپس به مدت 60 دقيقه تحت دماهاي 25 تا 750 درجه سلسيوس حرارت داده شدند. آزمايش‌هاي درصد تغييرات وزني و مقاومت فشاري در نمونه‌هاي بتن براي ارزيابي خواص مكانيكي مورد استفاده قرارگرفته است. همچنين براي مشاهده خصوصيات ريزساختاري آزمونه‌ها در دماهاي متفاوت از SEM استفاده شد. بر اساس نتايج ساختار پرتلنديت در نمونه‌هاي حاوي كمتر از 10% سرباره در طول فرآيند هيدراتاسيون براي تشكيل نانوساختارهاي C-A-S-H و C-A-H، همچنين فعال شدن سرباره مصرف‌شده است و موجب به بهبود مقاومت فشاري شده است. از سوي ديگر با افزايش دما و وقوع فرآيند دي‌هيدروكسيلاسيون آب درون پيوند نانوساختاري C-S-H تجزيه‌شده و درنهايت منجر به تغيير رفتار در مقاومت فشاري مي‌شود و مقاومت فشاري آزمونه حاوي 10% پودر سرباره آلومينيوم تحت دماي 750 درجه سلسيوس با كاهش 13% به MPa 20/1 ‌رسيده است.

Concrete structures undergo behavior change and instability at elevated temperatures. In most cases, these behavioral variations and instability are related to the changes in C-S-H and (C-A-S-H nanostructures, which is an important part of the cement paste hydration process and plays a crucial role in determining the strength and mechanical properties of concrete.. Application of aluminum dross as a type of pozzolanic material to cementitious composites can improve concrete behavior at elevated temperatures. Consideringly, this article aims to investigate the effects of elevated temperatures on concrete containing different percentages of aluminum slag from the microstructural perspective. For this purpose, cubic samples containing different percentages of aluminum slag powder were prepared. The specimens were cured in a humidity bath for 28 days and then heated for 60 min at temperatures of 25 to 750 °C. To evaluate the mechanical properties, the percentage of weight and compressive strength changes of concrete samples were investigated. Scanning electron microscopy (SEM) images were also used to observe the microstructural properties of the samples at different temperatures. According to the results, in samples containing slag less than 10% due to its activation as well as the hydration process and the formation of C-A-S-H and C-A-H nanostructures, the portlandite phase was formed which has improved the compressive strength. On the other hand, the elevated temperature and the occurrence of the dehydroxylation process lead to water decomposition within the bonds of C-S-H nanostructure which subsequently results in the change in compressive strength behavior.