مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

خواص مکانیکی و دوام در چرخه های یخ زدن و آب شدن بتن الیافی حاوی پساب فاضلاب شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه سمنان
2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
10.30478/jcsm.2026.548467.1399
چکیده
این پژوهش به بررسی استفاده از نوعی پساب فاضلاب شهری تصفیه‌شده، متعلق به یکی از شهرهای ایران، به‌عنوان جایگزین آب در ساخت بتن پرداخته است. در این مطالعه، همچنین متاکائولین (به میزان 5/12% وزنی سیمان) و الیاف به مخلوط بتن افزوده شده‌اند. ویژگی‌های شیمیایی پساب با دقت اندازه‌گیری شد و پس از اطمینان از عدم وجود ترکیبات زیان‌آور قابل توجه، نمونه‌های بتنی با درصدهای مختلف جایگزینی پساب (۰، ۵۰، ۷۰ و %۱۰۰) ساخته و از نظر مقاومت‌های مکانیکی و دوام مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آزمایشات نشان داد که جایگزینی تا ۵۰% از آب اختلاط با پساب شهری مورد مطالعه، در حضور افزودنی‌ها نه‌تنها موجب افت خواص بتن نشد، بلکه بهبود برخی مقاومت‌ها را نیز به همراه داشت. در مقابل، جایگزینی بیش از ۷۰% پساب بدون استفاده از افزودنی‌ها، کاهش چشمگیر خواص مکانیکی بتن را در پی داشت. متاکائولین از طریق واکنش‌های پوزولانی و الیاف با کنترل ریزترک‌ها، نقش مهمی در افزایش مقاومت فشاری، مقاومت ضربه‌ای و دوام چرخه های یخ زدن و آب شدن، به‌ویژه در نمونه‌های حاوی %۱۰۰ پساب، ایفا کردند. نتایج نشان می‌دهد که استفاده‌ی ترکیبی از پساب فاضلاب، متاکائولین و الیاف می‌تواند به تولید بتن سبز با کارایی و دوام مطلوب منجر شود و در کاهش مصرف آب شیرین و اثرات زیست‌محیطی مؤثر باشد. با توجه به اینکه ویژگی‌ها و کیفیت پساب فاضلاب در شهرهای مختلف متفاوت است، طرح اختلاط ارائه‌شده در این پژوهش قابلیت تعمیم مستقیم به سایر مناطق را ندارد و لازم است آزمایش‌های جداگانه بر اساس کیفیت پساب و خواص بتن هر منطقه انجام گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Mechanical Properties and Durability under Freeze–Thaw Cycles of Fiber-Reinforced Concrete containing Municipal Wastewater

نویسندگان English

Mohammad Mehdi Hemmati 1
Mohammad Kazem Sharbatdar 2
Majid Gholhaki 1
1 Semnan University
2 Semnan University
چکیده English

This study investigates the use of a specific type of treated municipal wastewater from one of the Iranian cities as a substitute for mixing water in concrete. In addition, metakaolin (12.5% by weight of cement) and fibers were incorporated into the concrete mixtures. The chemical characteristics of the wastewater were carefully analyzed, and after confirming the absence of significant harmful substances, concrete specimens were prepared with various wastewater replacement ratios (0%, 50%, 70%, and 100%) and tested for mechanical strength and durability. The results indicated that replacing up to 50% of the mixing water with the studied treated wastewater, in combination with additives, not only did not reduce the concrete’s properties but even improved some of its strength characteristics. In contrast, replacement levels above 70% without the use of additives led to a significant deterioration in the mechanical properties of the concrete. Metakaolin, through its pozzolanic reactions, and fibers, by controlling microcracks, played crucial roles in enhancing compressive strength, impact resistance, and durability under Freeze–Thaw Cycles, particularly in samples containing 100% wastewater. The combined use of treated wastewater, metakaolin, and fibers can result in the production of sustainable (“green”) concrete with desirable performance and durability, while effectively reducing freshwater consumption and environmental impacts. Since the characteristics and quality of municipal wastewater vary from city to city, the mix design proposed in this study cannot be universally applied, and separate experimental evaluations should be conducted based on the local wastewater quality and concrete properties.

کلیدواژه‌ها English

Municipal Wastewater, Metakaolin, Fibers, Compressive Strength, Concrete Durability, Freeze&‌‌ndash
Thaw Cycles, Reduced Water Consumption
1.       Ali, S., & Hussain, R. (2017). Mechanical properties of green concrete with recycled aggregates. Construction and Building Materials, 146, 455–463.
 
2.       Babu, G. L. S., & Kumar, V. G. (2017). Use of treated wastewater for concrete mixing. Journal of Environmental Management, 203, 843–850. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.07.043.
 
3.       Chen, R., Yu, Y., & Zhang, J. (2021). Engineering properties and environmental impact of sustainable concrete with fly ash and GGBS. Construction and Building Materials, 316, 125776. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125776.
 
4.       Gupta, T., Siddique, S., & Sharma, R. K. (2020). Influence of waste rubber fibers on the mechanical strength and durability of green concrete. Journal of Cleaner Production, 258, 120561. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120561.
 
5.       Hossain, K. M. A. (2017). Performance of volcanic ash and pumice based blended cement concretes in marine environments. Cement and Concrete Composites, 83, 81–92. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.07.002.
 
6.       Kumar, P., Singh, A., & Verma, S. (2019). Sustainable concrete using industrial by-products: A review. Journal of Cleaner Production, 228, 1237–1250. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.303.
 
7.       Mehta, P. K., & Monteiro, P. J. M. (2014). Concrete: Microstructure, properties, and materials (4th ed.). McGraw-Hill Education.
 
8.       Moral, M., Etxeberria, M., & Aguado, A. (2021). Reuse of wastewater treatment plant effluents in concrete production: Environmental and mechanical benefits. Resources, Conservation and Recycling, 169, 105503. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105503.
 
9.       Muthusamy, K., & Zamri, N. (2016). Mechanical properties and durability performance of concrete containing rice husk ash. Journal of Cleaner Production, 112, 731–740. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.07.064.
 
10.    Rahimi, A., & Zeinab, M. (2021). Use of treated wastewater in concrete: Environmental and mechanical impacts. Environmental Engineering Research, 26(5), 1–12.
 
11.    Rahman, M. A., Al-Azzawi, W., & Sarker, P. K. (2020). Use of recycled wastewater in concrete: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 8(5), 104237. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104237.
 
12.    Smith, J. (2018). Global CO2 emissions from cement production. Environmental Science & Technology, 52(12), 6985–6993.
 
13.    Thomas, M., & Wilson, M. L. (2021). Supplementary cementing materials in concrete: Sustainability and durability. Cement and Concrete Research, 143, 106394. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106394.
 
 
14.    Zhang, Y., & Li, H. (2020). Life cycle assessment of sustainable concrete mixtures. Journal of Sustainable Construction Materials, 9(3), 215–229.

  • تاریخ دریافت 01 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 06 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 11 خرداد 1405