پديد آورندگان :
ابراهيمي بشلي، عارف دانشگاه آزاد اسلامي رودهن - دانشكده فني و مهندسي - گروه مهندسي عمران , صميمي، كيانوش دانشگاه شهيد بهشتي تهران - دانشكده مهندسي عمران، آب و محيط زيست، تهران، ايران , مقدس نژاد، فريدون دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده مهندسي عمران، آب و محيط زيست، تهران، ايران , درويشان، احسان دانشگاه آزاد اسلامي رودهن - دانشكده فني و مهندسي - گروه مهندسي عمران
كليدواژه :
دوام , ذوب و يخ , ريزساختار , زئوليت , متاكائولن , آهك هيدراته
چكيده فارسي :
يكي از اهداف متوليان راه، بهره‌برداري به‌موقع و سريع از فرودگاه‌ها و آزادراه‌ها مي‌باشد كه در روسازي بتني اين امر به دليل رفتار متفاوت آن با روسازي آسفالتي در مراحل اوليه اجرا، يكي از چالش‌هاي مهم مي‌باشد. در اين پژوهش با هدف بهبود خواص مكانيكي و دوام در برابر اثر توأمان پديده ذوب و يخ و نمك‌زدايي سطحي به‌خصوص در سنين اوليه جهت رفع مشكل عدم امكان بهره‌برداري زودهنگام از روسازيهاي بتني به كمك اثر تركيب مواد سيماني مختلف از جمله آهك هيدراته، متاكائولن و زئوليت پرداخته‌شده است. در اين راستا، مطالعات ريزساختاري هم با استفاده از آناليز XRD و SEMبهصورت مقايسه اي در دو شرايط عملآوري آب و قرار گرفتن در معرض چرخه ذوب و يخ انجام‌شده است. كه جايگزيني سيمان با زئوليت و متاكائولن در بتن آهكي منجر به كاهش تخلخل و تراكم يكپارچه با تشكيل CSH در ساختار بتن گرديد. بر همين اساس بهبود خواص مكانيكي و دوام روسازيهاي بتني در برابر تأثير توأمان ذوب و انجماد و يخزدايي با نمك بر اساس چهار طرح اختلاط شامل بتن شاهد (CC) و سه نمونه ديگر حاوي 15% آهك(CL) ، 15% آهك و 15% متاكائولن (CLM) و 15% آهك و 15% زئوليت (CLZ) مورد آزمايش و تجزيه و تحليل قرار گرفت كه مشخص شد به ترتيب نمونهCL ، CLM و CLZ نسبت به نمونه شاهد، افزايش مقاومت فشاري در سنين اوليه داشته‌اند به‌گونه‌اي كه در تست 7روزه به ترتيب باعث اقزايش مقاومت فشاري به ميزان 20، 32 و 48 درصد گرديده است كه در طول آزمايش هم اين افزايش ادامه يافت. در آزمايش چرخه ذوب و يخ پس از طي 55 سيكل، مخلوط هاي CLM و CLZ همواره ميزان تخريب كمتري نسبت به نمونه شاهد از خود نشان دادند. به‌گونه‌اي كه در پايان آزمايش، درصد كاهش وزن به ترتيب 48.7% و 75.2% كمتر از نمونه شاهد بوده است. علاوه بر اين بر اساس نتايج آزمايش جذب مويينگي آب مشخص شد نمونه هاي CLM و CLZدر سنين اوليه نفوذپذيري كمتري نسبت به مخلوط CC داشته و اين رفتار در سنين بالاتر نيز با عملكرد مناسب تري ادامه يافته است. همچنين نتايج حاصل ازمقاومت خمشي بيانگر تأثير مثبت افزودني‌ها در تمامي نمونه ها با گذشت زمان، بر روند افزايش مقاومت خمشي مي باشد به‌گونه‌اي كه به ترتيب براي نمونهCL ، CLM و CLZ نسبت به نمونه شاهد، افزايش مقاومت خمشي در 28 روزه به ميزان 39، 42 و 57 درصد بوده است. تأثير مثبت آهك هيدراته به دليل خاصيت خميري بالا در افزايش مقاومت خمشي مخلوطهاي حاوي متاكائولن و زئوليت كاملاً مشهود است و موجب افزايش خصوصيات مكانيكي در تمامي سنين نمونه‌ها شده است، ولي باعث ضعف در عملكرد دوام نسبت به نمونه شاهد گرديد. اين موضوع در مخلوطهاي كامپوزيتي حاوي آهك با متاكائولن يا زئوليت رفع گرديده و نتايج آزمايش‌هاي دوام بيانگر بهبود قابل‌ملاحظه هر دو پوزولان به خصوص در زئوليت مي باشد، لذا بر اساس نتايج اين پژوهش مي‌توان گفت با بهبود خواص مكانيكي و دوامي مخلوطهاي CLMو CLZ، استفاده از افزودني متاكائولن يا زئوليت در بتن حاوي آهك هيدراته راه حلي مناسب براي رفع چالش عدم امكان بهره‌برداري زودهنگام در روسازي بتني است.
چكيده لاتين :
One of the main objectives of infrastructure managers is the timely and rapid operation of airports and
freeways. A goal that is challenging when utilizing concrete pavements, due to their different behavior during
the initial stages of implementation. This research aims to improve the mechanical characteristics of concrete
pavements and increase their durability against the combined effects of the freeze-thaw cycle and surface
desalination, especially during early ages. This paper examines the use of cementitious material in combination
with hydrated lime, metakaolin, and zeolite to remove the hurdles to the early operability of concrete
pavements. To this end, micro-structural studies have been performed using XRD and SEM analysis and
comparisons in two states of water processing and exposure to freeze-thaw cycle. During which replacing
cement with zeolite and metakaolin in calcareous concrete resulted in reduced porosity and homogeneous
density with the formation of CSH in the concrete structure.
Accordingly, improvements in the mechanical properties and durability of concrete pavements against the
combined effects of freeze-thaw cycle and surface desalination were studied and analyzed in four mixtures of
Control Concrete (CC), 15% lime (CL), 15% lime, and 15% Metakaolin (CLM) and 15% lime and 15% Zeolite
(CLZ). It was noted that at age of 7 days the CLM, CL, and CLZ samples showed an increase of 20%, 32%,
and 48% respectively compared to the CC sample. This increase continued throughout the study. During the
freeze-thaw test and after 55 cycles the CLM and CLZ samples always exhibited lower degradation and
showed a weight loss of 48.7% and 75.2% less than the CC sample. In addition, as per the results of the
capillary absorption test the CLM and CLZ mixtures had at lower ages had less permeability than the CC
mixture and this behavior continued with better performance at older ages.
Also, the results of flexural strength indicate the positive effect of additives in all samples over time, and
at 28 days, the CL, CLM, and CLZ samples increased flexural strength by 39%, 42%, and 57% respectively
in comparison to the CC sample. The positive effect of hydrated lime due to its high paste property in
increasing the flexural strength of mixtures containing metakaolin and zeolite is quite evident and has increased
the mechanical properties at all ages of the samples, but has weakened the durability performance compared
to the control sample. This issue has been addressed in composite mixtures containing lime with metakaolin
or zeolite, and the results of durability tests indicate a significant improvement in both pozzolans, especially
in the zeolite. It can therefore be concluded that with improving mechanical characteristics and durability of
CLM and CLZ mixtures, utilizing metakaolin and zeolite in concrete containing hydrated lime is a suitable
solution to eliminate the challenges of early usage in concrete pavements.
