20318

۲۰۳۱۸

بررسي اثر مواد جايگزين سيمان بر انبساط حرارتي بتن

كارشناسي ارشد

مهندسي و مديريت ساخت

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۲۷

پروفسور پرويز قدوسي - دكتر علي اكبر شيرزادي جاويد

عمران

سازه‌هاي بتني در طول عمر خود تحت اثر تغييرات دما قرار دارند. در اثر افزايش دما، بتن تمايل به افزايش طول دارد و در صورت مقيد بودن آن، سبب ايجاد ترك در بتن خواهد شد. كاهش ضريب انبساط حرارتي بتن مي‌تواند به كاهش ترك‌هاي ناشي از تغييرات دما كمك كند. در اين پژوهش با ساخت نمونه هاي بتن و خمير حاوي افزودني هاي معدني مختلف مانند دوده سيليس، متاكائولن و سرباره، اثر افزودني‌هاي معدني با بررسي تغيير در ساختار منافذ بر ضريب انبساط حرارتي بتن و خمير در سنين مختلف بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه ضريب انبساط حرارتي بتن بدون افزودني معدني تا 60 روز روند كاهشي داشته و 12% كاهش يافته و پس‌ازآن اين ضريب ثابت ‌شده است. درصورتي‌كه در بتن حاوي سرباره، خلاف اين روند مشاهده شده، به‌طوري‌كه تا سن 60 روز ضريب انبساط حرارتي آن ثابت و پس از 60 روز، روند كاهشي شروع شده و تا 120 روز 10% كاهش يافته است. براي بتن حاوي دوده سيليس و متاكائولن در همان سنين ابتدايي نسبت به بتن معمولي، 14% ضريب انبساط حرارتي كمتري مشاهده و با افزايش سن نمونه ضريب انبساط حرارتي آن حدود 8% كاهش يافته است. ارتباط بين تخلخل كل و ضريب انبساط حرارتي بتن مشاهده شده است به طوري كه با كاهش تخلخل كل، ضريب انبساط حرارتي نيز كاهش يافته است. اما اين ارتباط از نوع ارتباط ضعيف بوده است كه نشان دهنده ارتباط غير مستقيم و اثر عوامل ديگر بر ضريب انبساط حرارتي بتن است. با بررسي ارتباط ضريب انبساط حرارتي بتن و خمير با مقاومت فشاري نيز مانند ارتباط آن با تخلخل كل مشاهده شده است كه ارتباط قوي ميان مقاومت فشاري و ضريب انبساط حرارتي وجود ندارد. از طرف ديگر، با بررسي توزيع اندازه منافذ، مشاهده شد كه با كوچك‌تر شدن اندازه منافذ، ضريب انبساط حرارتي كاهش مي‌يابد به‌طوري‌كه ارتباط قوي بين قطر ميانه منافذ و ضريب انبساط حرارتي مشاهده گرديده است. با توجه به وابستگي ضريب انبساط حرارتي بتن به سنگدانه و خمير سيمان، مدلي بر اساس ضريب انبساط حرارتي خمير سيمان و چگالي انباشتگي به‌منظور تخمين ضريب انبساط حرارتي بتن ارائه شده است. همچنين به‌منظور پيش‌بيني ضريب انبساط حرارتي در طول عمر بتن، مدلي بر اساس ضريب انبساط حرارتي بتن در سن 7 روز جهت تخمين آن در سن موردنظر ارائه گرديده است.

1398/01/26

Influence of Supplementary Cementitious Materials on thermal expansion of concrete

4/15/2019 12:00:00 AM

Concrete structures are subject to the effect of thermal changes during their lifetime. In response to temperature rise, concrete tends to elongate, and in case of its constraint, it causes development of cracks throughout the concrete. Reduction of the coefficient of thermal expansion (CTE) of concrete helps in reducing the cracks caused by thermal changes. In this research, by making concrete and cement paste containing various mineral admixtures such as silica fume, metakaolen and slag, the effect of mineral admixtures with changes in the structure of concrete and cement paste pores on CTE at different ages has been examined. The results indicated that CTE of reference concrete had a descending trend up to 60 days, and diminished by 12%, after which it remained constant. On the other hand, in the slag-containing concrete, and opposite trend was observed, where after 60 days, the descending trend started and declined by 10% up to 120 days. For the concrete containing silica fume and metakaolin, at the very early ages, it had 14% less CTE as compared to reference concrete, while with the ageing of the sample, its CTE dropped by around 8%. Across all Samples, reduction of CTE was associated with lowered total porosity, but there is no strong correlation between the total porosity and the coefficient of thermal expansion concrete and cement paste. Also, the relationship between the thermal expansion coefficient of concrete and paste with compressive strength, as well as its relation to total porosity, there was no strong correlation between compressive strength and thermal expansion coefficient. Also, with investigation of the distribution of pore size, it was observed that when pore diameter decreases, CTE declines, such that a strong relationship has been observed between the median diameter of pores and CTE. Considering the dependence of concrete CTE on aggregates and cement paste, a model is presented based on CTE of cement paste and packing density to estimate concrete CTE. Also, in order to predict coefficient of thermal expansion over the lifetime of concrete, a model based on the coefficient of thermal expansion of concrete at 7 days of age is presented to estimate it at the desired age.