بررسی آزمایشگاهی تاثیر نوع الیاف بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن سبک پلاستیک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه ایوانکی، ایوانکی، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه ایوانکی، ایوانکی، ایران

3 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

4 کارشناس ارشد سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه ایوانکی، ایوانکی، ایران.

چکیده

با توجه به رشد روز افزون تقاضا برای استفاده از بتن سبک، پژوهش برای بدست آوردن نتیجه ‌های بهینه از بتن سبک امری اجتناب ناپذیر است. بتن پلاستیک بتنی با مقاومت بسیار کمتر از بتن معمولی، شکل پذیری زیاد و نفوذپذیری پایین است. در این مطالعه تاثیر الیاف فولادی، پلی پروپیلن و شیشه در مقاومت کششی، فشاری و درصد جذب آب بتن سبک پلاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور در ابتدا 10 طرح مخلوط مقدماتی که در آنها تمامی مشخصات مصالح ثابت و فقط درصد الیاف تغییر کرده است و یک طرح به عنوان طرح مخلوط مرجع (بتن فاقد الیاف) تدوین گردید. پس از انتخاب طرح شاهد آزمایشهای مقاومت فشاری، کششی و درصد جذب آب در سنین 7روزه و 28روزه روی نمونه ها انجام گرفت که با توجه به نتایج می توان گفت که الیاف فولادی در افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن سبک پلاستیک حاوی الیاف بسیار مفید بوده به طوریکه در بعضی از مراحل آزمایش، مقاومت فشاری و کششی بتن را به بیش از 40% افزایش می دهد، اما الیاف پلی پروپیلن و شیشه به خاطر خصوصیات فیزیکی و ظاهری که دارند بیشتر در کاهش درصد جذب آب یا افزایش دوام بتن در محیط های خورنده موثر می باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation into Effect of Type of Fibers on Durability and Mechanical Properties of Plastic lightweight concrete

نویسندگان [English]

  • vahid mansouri 1
  • hamid saberi 2
  • Ghasem pachideh 3
  • morteza khalily 4
1 MSc, Civil Faculty, Eyvanakey University, Eyvanakey, Iran
2 Assistant Professor, Civil Faculty, Eyvanakey University, Eyvanakey, Iran
3 Ph.D. Candidate, Civil Faculty, Semnan University, Semnan, Iran
4 MSc, Civil Faculty, Eyvanakey University, Eyvanakey, Iran.
چکیده [English]

Increasing demand for use of lightweight concrete has led to performing extensive studies to achieve a better understanding of the behavior of lightweight concrete. The plastic concrete has high ductility and low permeability whose compressive strength is much lower than the ordinary concrete. In this paper, the effect of steel, polypropylene, and glass fibers on the tensile, compressive strength and water absorption (durability) of the plastic lightweight concrete has been investigated. To do so, initially, 10 concrete mix designs have been prepared in which properties aggregate and cement are the same and only the content of fibers (0.5-1 and 1.5%) has varied. After selecting the control design specimen, the compressive, tensile strength, and percentage Water absorption (durability) test were conducted on the specimens at 7 and 28 days age. Accordingly, the results indicate that steel fibers greatly affects the concrete strengths, such in some cases the compressive and tensile strength of concrete by more than 40% However, it was found that in the contrast to the steel fibers, poly Propylene and glass fibers are most effective in reducing the Water absorption percentage, which is attributed to their physical and visual characteristics

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lightweight plastic concrete
  • fiber concrete
  • Steel Fiber
  • polypropylene
  • Glass
  • Mechanical properties
  • Durability
[1] Q. Wang, W. Sun, and H. Xiong, 4e Plastic Concrete Cut-Off Wall, China Water Power Press, Beijing, China, 2008.

[2] J. Ouyang, Y. Tan, Y. Li, and J. Zhao, “Demulsification process of asphalt emulsion in fresh cement-asphalt emulsion paste,” Materials and Structures, vol. 48, no. 12, pp. 3875–3883,

2015.

[3] A. Mahboubi and A. Ajorloo, “Experimental study of the mechanical behavior of plastic concrete in triaxial compression,” Cement and Concrete Research, vol. 35, no. 2, pp. 412–

419, 2005.

[4] C. Zhang, Y. Chen, and Y. Guo, “Clay concrete for cutoff wall in earth dam,” Journal of Hydraulic Engineering, vol. 36, no. 12, pp. 1464–1469, 2005.

[5] S. Hinchberger, J. Weck, and T. Newson, “Mechanical and hydraulic characterization of plastic concrete for seepage cutoff walls,” Canadian Geotechnical Journal, vol. 47, no. 4, pp. 461–471, 2010.

[6] A. M. Sha and Z. J. Wang, “Microstructure of masticsaggregate interface in cement emulsified asphalt concrete,” Journal of Changan University, vol. 4, p. 28, 2008.

 [7] Chandramouli, K., Rao, S., Pannirselvam, N., Seshadri Sekhar, T., Sravana, P. "Strength properties of glass fiber concrete" ARPN journal of Engineering and Applied sciences, 5, 4, 1-6, 2010.

[19] Mardan, F., Soltani, F.,  Bagheri, B., Comparison of the effect of bentonite, celonite and silica on compressive strength and permeability of plastic concrete, First National Conference on Concrete Industry, Kerman, International Center for Advanced Science and Technology and Environmental Sciences, 2012.

 [9] Gornale, A., Quadri, S. I., Quadri, S. M., Ali, S. M. A., Hussaini, S. S. "Strength Aspects of Glass Fibre Reinforced Concrete" International Journal of Scientific & Engineering Research, 3, 7, 1-5, 2012.

[10] زنگنه، ک « بررسی آزمایشگاهی تأثیر الیاف بر مقاومت بتن با استفاده از مصالح سنگی استان بوشهر» پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی بوشهر، صفحات 20-23، 1391

[11] حسینعلی بیگی، م. برنجیان، ج. لطفی عمران، ا. محمد پورنیک بین، ا. «ارزیابی قابلیت جذب انرژی بتن خودتراکم الیافی حاوی ذرات نانوسیلی » دو فصلنامه تحقیقات بتن، جلد 5، شماره 1، صفحات 36-19، 1391

[12]Yao, W., Li, J. and Wu, K. “Mechanical properties of hybrid fiber-reinforced concrete at low fiber volume fraction”. Cement Concrete Res., 33: 27-30. 2003.

 [13]قلهکی، م. پاچیده، ق. فلاورجانی، ک.«مطالعه عددی و آزمایشگاهی تاثیر افزودن همزمان الیاف فولادی و پلی پروپیلن بر مقاومت بتن تراورس با رویکرد رسیدن به درصد بهینه ی الیاف» مهندسی زیر ساختهای حمل و نقل، سال سوم، شماره 10، تابستان 1396

[14] Quresh, L. A., et. al. “Effect of mixing steel fibers and silica fume on properties of high strength concrete”. Proceedings of International Conference on Concrete: Constructions Sustainable Option, Dundee.UK, pp. 173-185. 2008

[15]Zeiml, M., Leithner, D., Lackner, R. and Mang, H. A.. “How do polypropylene fibers improve the spalling behavior of in-situ concrete?”. Cement Concrete Res., 36: 929-942. 2006

 [16] Wang, K., Shah, S. P. and Phuaksuk, P.. “Plastic shrinkage cracking in concrete materials- Influence of fly ash and fibers”. ACI Mater. J., 98(6): 458-464. 2001

 [17] Hwang, C. L., Chen, C. T., Lee, L. S., Bui, L. A. T., Hou, B. S. and Hsieh, H. Y. “The material and mechanical property of heavy-duty prestressed concrete sleeper”. Appl. Mech. Mater., 97-98: 408-/413. 2011

[18] AREMA.. “Manual for Railway Engineering (Chapter 30), Concrete ties”. American Railway Engineering and Maintenance-of-way Association. 2006

[19] قاسم زاده موسوی نژآد، ح. لطف احمدی، ش. «خواص مکانیکی بتن پلاستیک حاوی کائولینیت، متا کائولن و الیاف پلی پروپیلن» ششمین کنفرانس ملی سالیانه بتن ایران-تهران. 1393

[20] S.P. Yap, U.J. Alengaram, M.Z. Jumaat, K.R. Khaw, Torsional and cracking characteristics of steel fiber-reinforced oil palm shell lightweight concrete, J.Compos. Mater. 50 (1) 115–128. 2016

[21] Zhang, P., Guan, Q., Li, Q. Mechanical Properties of Plastic Concrete Containing Bentonite. Research Journal of Applied Sciences,. Engineering and Technology. 6 (2 ): 1317 -1322.2013

[22]Abbaslou, H., Ghanizadeh, A.R., Tavana Amlashi, A. The Compatibility of Bentonite/Sepiolite Plastic Concrete Cut-Off Wall Material. Construction and Building Materials. 122 : 1136 -1173 .2013

[23] Reddy, G., Rao, R., Reddy, K. Experimental Investigation of Strength Parameters of Cement and Concrete by Partial Replacement of Cement with Indian Calcium Bentonite. International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET). 3 (1 ): 612 -613 . (2017 )

[24] Kumar, B.P., Ranga Rao, V., Reddy, K.. . Effect on Strength Properties of Concrete by Partial Replacement of Cement with Calcium Bentonite and Fly Ash. International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET). 3 (2 ): 262 -266 . 2017

[25]Dramix, Bekaert Steel Fibers for Concrete Reinforcement, Technical Report, Zwevegem, Belgium: Bekaert

International Trade, ١٩٨٧.

[26] ACI 544.5R-10, Report on the physical properties and durability of fiber-reinforced concrete, ACI

Committee 544, USA, 2010.

[27] J. Granju, S. Balouch, Corrosion of steel fibre reinforced concrete from the cracks, Cem. Concr. Res.35(3) (2005) 572-577.

[28] S. Balouch, J. Forth, J. Granju, Surface corrosion of steel fibre reinforced concrete, Cem. Concr. Res.17 (2010) 410–414.

[29] A. Singh, D. Singhal, Permeability of steel fibre reinforced concrete influence of fibre parameters,

Procedia Eng. 14 (2011) 2823–2829..

[30] C. Frazão, A. Camões, J. Barros, D. Gonçalves, Durability of steel fiber reinforced self-compacting concrete, Constr. Build. Mater. 80 (2015) 155-166.

[31] C.M.V. Frazão, J.A.O. Barros, A.F.L.L. Camões, A. Alves, L. Rocha, Corrosion effects on pullout

behavior of hooked steel fibers in self-compacting concrete, Cem. Concr. Res. 79 (2016) 112-122.

[32] J. Granju, S. Balouch, Corrosion of steel fibre reinforced concrete from the cracks, Cem. Concr. Res.35(3) (2005) 572-577.

[33] G. Chen, M.N.S. Hadi, D. Gao, L. Zhao, Experimental study on the properties of corroded steel fibres.constr. Build. Mater. 79 (2015) 165-172.

[34] C. G. Berrocal, K. Lundgren, I. Löfgren, Corrosion of steel bars embedded in fibre reinforced concrete under chloride attack: State of the art, Cem. Concr. Res. 80 (2015) 69-85.

[35] E. Alizade, F. Jandaghi Alaee, S. Zabihi, Effect of steel fiber corrosion on mechanical properties of steel fiber reinforced concrete, Asian J. Civ. Eng. (BHRC) 17 (2) (2016) 147-158.

[36] Pachideh G, Gholhaki M, Using steel and polypropylene fibres to improve the performance of concrete sleepers. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Structures and Buildings. March 15, 2019

[37] Pachideh G, Gholhaki M, Investigating the Post-Heat Behavior of Self-Compacting Light Aggregate Concrete Containing Spring and Fiber, JOURNAL OF CONCRETE RESEARCH. summer 2019 

[38] Pachideh G, Gholhaki M, An experimental into effect of temperature rise on mechanical and visual characteristics of concrete containing recycled metal spring. structural concrete journal of the fib.07 January 2020

[39] Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens, ASTM C469/C496. M, (2011).

[40] ASTM C642. Standard test method for density, absorption, and voids in hardened concrete. Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02. 2006