مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

بررسی تأثیر توأم پودر دیاتومیت به عنوان یک ‌افزودنی پوزولانی و پودرسنگ‌آهک به‌عنوان جایگزین بخشی از ماسه در بتن معمولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار،گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران،
2 کارشناسی‌ارشد، گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران،
چکیده
از چالش‌های اصلی امروزه در صنعت ساخت‌وساز، بهبود عملکرد بتن در کنار کاهش هزینه و نیز اثرات زیست‌محیطی تولید آن و یک رویکرد موثر برای حل این چالش استفاده از مواد جایگزین و افزودنی‌های معدنی در ترکیب بتن است. پودرسنگ‌آهک، به‌دلیل فراوانی در منطقه شمالغرب کشور، در دسترس بودن و قیمت مناسب آن، گزینه‌ای مطلوب، به عنوان یک مصالح بومی، برای جایگزینی بخشی از ماسه در طرح اختلاط بهینه بتن به‌شمار می‌رود. از سوی دیگر، افزودنی های پوزولانی مانند پودر دیاتومیت با افزایش واکنشهای پوزولانی، نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن ایفا می‌کنند به همین دلیل میتواند کاربرد گسترده‌ای در صنعت بتن داشته باشد. تأثیر این مواد در بتن می‌تواند تحت تأثیر نحوه استفاده از آن‌ها به صورت مستقل یا ترکیبی باشد، که اغلب تحقیقات انجام‌شده به بررسی اثر این مواد بر بتن به طور جداگانه پرداخته‌اند و اثرات ترکیبی آن‌ها کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این پژوهش، شناخت اثرات مستقل و ترکیبی پودرسنگ‌آهک و پودر دیاتومیت بر خصوصیات مکانیکی بتن معمولی است که می‌تواند به ارائه راهکارهای عملی برای تولید بتن‌های با کیفیت و پایدار، بهینه‌سازی طرح اختلاط و نیز افزایش کاربرد این دو ماده پیشنهادی کمک کند. برای این منظور طرح اختلاط B1 به عنوان نمونه شاهد و 15 طرح اختلاط دیگر با استفاده از دو ماده پیشنهادی، پودر سنگ‌آهک به جای بخشی از ماسه بتن با مقادیر 0، 10، 15 و20 و پودر دیاتومیت به عنوان افزودنی بتن با مقادیر 0، 5، 10 و20 درصد، ارائه شد؛ به این ترتیب که در سه ترکیب B2، B3 و B4 فقط پودر دیاتومیت و در سه ترکیب B5، B9 و B13 فقط پودر سنگ‌آهک و در نه طرح اختلاط دیگر از ترکیب هردو استفاده گردید. در مجموع برای شانزده نوع ترکیب بتنی مقادیر اسلامپ، جذب آب حین عمل آوری، مقاومت فشاری و مقاومت کششی بدست آمد. نتایج بررسی ها نشان داد که در همه‌ نمونه‌ها افزایش مقاومت فشاری و کششی اتفاق افتاده است؛ اما بیش‌ترین افزایش مقاومت فشاری در نمونه‌های B11، شامل 10 درصد پودر دیاتومیت به صورت افزودنی و 15 درصد پودر سنگ‌آهک به‌عنوان جایگزین بخشی از ماسه اتفاق افتاده است که برای نمونه‌های 28، 90 و 180 روزه به ترتیب برابر 60 ، 48 و 45 درصد می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigating the Combined Effect of Diatomite Powder as a Pozzolanic Additive and Limestone Powder as a Partial Replacement for Sand in Ordinary Concrete

نویسندگان English

Bahman Shervani Tabar 1
Mohsen Hemmati 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering ,Azerbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran,
2 M.Sc, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering ,Azerbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran,
چکیده English

One of the main challenges in today's construction industry is improving the performance of concrete while reducing costs and minimizing its environmental impact. An effective approach to address this challenge is the use of alternative and mineral additives in concrete mixtures. Limestone powder, due to its abundance in the northwest region of the country, accessibility, and affordability, serves as an optimal local material for partially replacing sand in concrete mix designs. On the other hand, pozzolanic additives, such as diatomite powder, enhance mechanical properties and durability of concrete by increasing pozzolanic reactions, making them widely applicable in the concrete industry. The impact of these materials on concrete performance depends on their independent or combined usage. However, most previous studies have focused on the effects of these materials individually, with limited exploration of their combined influence. This research aims to investigate both the independent and combined effects of limestone powder and diatomite powder on the mechanical properties of conventional concrete. The findings can provide practical solutions for producing high-quality, sustainable concrete, optimizing mix designs, and expanding the application of these proposed materials. For this purpose, a reference mix design (B1) and 15 additional mix designs were developed. These included varying proportions of the two proposed materials: limestone powder as a partial replacement for sand, and diatomite powder as a concrete additive at levels of 0%, 10%, 15%, and 20%. Specifically, in three mixes (B2, B3, B4), only diatomite powder was used, in three others (B5, B9, B13), only limestone powder was utilized, and in the remaining nine mixes, both materials were combined. The study measured slump, water absorption during curing, compressive strength, and tensile strength for all 16 concrete mixtures. Results showed an increase in both compressive and tensile strength across all samples. However, the highest compressive strength was achieved in mix B11, which included 10% diatomite powder as an additive and 15% limestone powder as a partial sand replacement. For the 28-day, 90-day, and 180-day samples of mix B11, the compressive strength increased by 60%, 48%, and 45%, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Limestone Powder
Diatomite Powder
Compressive Strength
Tensile Strength
Optimal Concrete Mix Design
Local Materials
  1. Habibi A. (2009). Mechanical properties of concrete containing limestone powder. Concrete Research, 7(2):71–84. (in Persian)
  2. Mostoufi-Nejad D, Nazari Monfared H-H. (2006). Using slag and limestone powder in concrete to improve its durability in sulfate environment. Journal of Transportation Research, 3(2):139–145. (in Persian)
  3. Dhir RK, Limbachiya MC, McCarthy MJ, Chaipanich A. Evaluation of Portland limestone cements for use in concrete construction. Materials and structures. 2007 Jun; 40:459-73.
  4. BentzA DP, IrassarB EF, BucherC B, WeissC WJ. Limestone Fillers to Conserve Cement in Low w/cm Concretes: An Analysis Based on Powers’ Model.
  5. De Weerdt K, Haha MB, Le Saout G, Kjellsen KO, Justnes H, Lothenbach B. Hydration mechanisms of ternary Portland cements containing limestone powder and fly ash. Cement and Concrete Research. 2011 Mar 1;41(3):279-91. DOI: 1016/j.cemconres.2010.11.014
  6. Bonavetti VL, Castellano CC, Donza HA, Rahhal VF, Irassar EF. The Powers model and the limits of calcareous addition content in Portland cements. Concrete and Cement. Research and Development. 2013 Dec;5(1):40–51.
  7. Zajac M, Rossberg A, Le Saout G, Lothenbach B. Influence of limestone and anhydrite on the hydration of Portland cements. Cement and Concrete Composites. 2014 Feb 1; 46:99-108. DOI: 1016/j.cemconcomp.2013.11.007
  8. Aslanian Z, Chini M, Eftekhari MH, Shaker H, Shekarchi zadeh S. Investigation of the effect of limestone powder and slag on the durability of roller-compacted pavement. In: 8th Annual National Concrete Conference of Iran; 2016; Tehran, Iran. Tehran: Iran Concrete Institute; 2016. p. 1–11. (in Persian)
  9. Bentz DP, Ferraris CF, Jones SZ, Lootens D, Zunino F. Limestone and silica powder replacements for cement: Early-age performance. Cement and Concrete Composites. 2017 Apr 1; 78:43-56. DOI: 1016/j.cemconcomp.2017.01.001
  10. Shah V, Parashar A, Mishra G, Medepalli S, Krishnan S, Bishnoi S. Influence of cement replacement by limestone calcined clay pozzolan on the engineering properties of mortar and concrete. Advances in Cement Research. 2020 Mar;32(3):101-11. DOI: 1680/jadcr.18.00073
  11. Mohammed BK, Al-Numan BS. Effectiveness of Limestone Powder as a Partial Replacement of Cement on the Punching Shear Behavior of Normal-and High-Strength Concrete Flat Slabs. Sustainability. 2024 Mar 5;16(5):2151. DOI: 3390/su16052151
  12. Kastis D, Kakali G, Tsivilis S, Stamatakis MG. Properties and hydration of blended cements with calcareous diatomite. Cement and concrete research. 2006 Oct 1;36(10):1821-6. DOI: 1016/j.cemconres.2006.05.005
  13. Fragoulis D, Stamatakis MG, Papageorgiou D, Chaniotakis E. The physical and mechanical properties of composite cements manufactured with calcareous and clayey Greek diatomite mixtures. Cement and Concrete Composites. 2005 Feb 1;27(2):205-9. DOI: 1016/j.cemconcomp.2004.02.008
  14. Degirmenci N, Yilmaz A. Use of diatomite as partial replacement for Portland cement in cement mortars. Construction and Building Materials. 2009 Jan 1;23(1):284-8. DOI: 1016/j.conbuildmat.2007.12.008
  15. Ergün A. Effects of the usage of diatomite and waste marble powder as partial replacement of cement on the mechanical properties of concrete. Construction and building materials. 2011 Feb 1;25(2):806-12.DOI: 1016/j.conbuildmat.2010.07.002
  16. Pokorny J, Zaleska M, Pavlikova M, Pavlik Z. Properties of fine-grained concrete with admixture of diatomite powder. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019 Sep 1 (Vol. 603, No. 2, p. 022045).DOI: 1088/1757-899X/603/2/022045
  17. Lee MG, Huang Y, Shih YF, Wang WC, Wang YC, Wang YX, Chang HW. Mechanical and thermal insulation performance of waste diatomite cement mortar. Journal of Materials Research and Technology. 2023 Jul 1; 25:4739-48. DOI:1016/j.jmrt.2023.06.246
  18. Rezaei B. Study and evaluation of diatomite properties from a processing perspective. Amirkabir Sci Res J. 1996;19(1):31-9. (in Persian)
  19. Sharvani tabar B, Asadi Melerdi M. (2022). Experimental investigation of the effects of ambient temperature and silica fume content on the properties of reactive powder concrete made with local materials. Concrete Structures and Materials. 7(2):191–212. DOI:10.30478/jcsm.2023.382916.1310. (in Persian)

  • تاریخ دریافت 26 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 31 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 01 مرداد 1404