Effect of using nanoparticles on properties of Green Self-Consolidating Concrete

میرگذار لنگرودی, میرعلیمحمد and محمدی, دکتر یعقوب (2019) Effect of using nanoparticles on properties of Green Self-Consolidating Concrete. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
New Microsoft Word Document.pdf

Download (3MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Nowadays, SCC is gaining much popularity because of its interesting structural properties. But SCC production needs the use of higher cement content which is contradicted by the sustainable development approach. In recent years, the utilization of waste by-products as supplementary cementitious materials in producing more sustainable concretes has been investigated. However, it is known that not all these additives improve concrete specifications in all respects, especially at early ages. Today, all concrete technology researchers around the world believe that nanotechnology has the potential to create a massive revolution in the world of concrete technology. One of the types of nano-scale additives that can be useful in this regard is nano-clay. So far, few studies have been conducted on the effect of using nano-clay on the characteristics of cement composites which declared some enhancement on the properties of cement pastes and mortars. Despite all these researches, there is still a limited knowledge about the effect of these nanoparticles on various concrete specifications. This reveals the necessity of investigations on the effect of nano-clay inclusion on characteristics of SCC when a number of by-product mineral admixtures such as silica fume, fly ash, rice husk ash, and ground granulated blast furnace slag are used. Research method: In this study, the effects of NC addition on fresh state, mechanical, and durability properties of plain and blended cement SCC incorporating mineral admixtures as supplementary cementitious materials were investigated. Mineral admixtures were used as partial replacement of cement. Initially, SCC mixes with 1%, 2%, 3%, 4%, and 5% NC were prepared and the workability properties (i.e. slump flow, T50 and V-funnel flow time, and passing ability ratio via L-box test) were investigated. Then, the mixes which fulfilled the requirements for SCC according to the EFNARC, the mechanical properties (i.e. compressive strength, splitting tensile strength, the modulus of elasticity and the ultrasonic pulse velocity), and the durability properties (i.e. water absorption, water penetration depth via water permeability test, electrical resistivity, chloride migration coefficient and the time-dependent corrosion current variation via impressed voltage test) were determined for evaluating the effectiveness of NC inclusion in characteristics of SCC. The durability of SCC against sever environmental conditions such as exposure to alternate freezing and thawing cycles and exposure to elevated temperatures has also been investigated. In order to evaluate the performance of SCC in cast-in-place applications, changes in its specification over hauling time, as well as the formwork pressure, have also been studied. Finally, the modeling of a reinforced concrete beam made of conventional SCC and SCC containing NC was conducted to compare the results obtained from the model with the results of the tests carried out on the actual specimen. Findings: The results indicated that by incorporating 3% NC in blended cement SCC containing optimum levels of replacement of mineral admixtures, satisfactory rheological and mechanical properties can be achieved. Remarkable enhancements were also observed in durability properties of blended cement SCC with the presence of NC compared to that of the reference concretes confirming that a small dosage of NC can effectively be used to make big improvements in the properties of environmentally friendly SCC mixes. Based on the results, hauling time up to 60 minutes can adversely affect the flowability of SCC. A further decrease in flowability were observed by the use of NC. The use of NC also significantly reduced the formwork pressure. This can be considered as a great advantage of using NC in cast-in-place applications. Conclusion: The results of our experiments showed significant improvements with the addition of NC to binary blended cement SCC, containing the mentioned by-product mineral admixtures.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: تأثیرات استفاده از نانوذرات بر خواص بتن خودتراکم سبز
Persian Abstract: هدف: بتن خودتراکم با دارا بودن ویژگی‌هایی منحصر به فرد، در بین محققین دست اندر کار صنعت ساختمان از محبوبیت ویژه‌ای برخوردار است. با این وجود، تولید این نوع بتن در مقایسه با تولید بتن معمولی، نیازمند استفاده از مقادیر بالاتری از سیمان است که این امر با رویکرد توسعه پایدار در تناقض است. در سالهای اخیر، استفاده از برخی مصالح ضایعاتی که از محصولات جانبی کارخانجات می‌باشند، به علت دارا بودن خواص پوزولانی به عنوان افزودنی‌های سیمانی در تولید بتن‌های با پایداری بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است. اگرچه، کلیه این افزودنی‌ها منجر به بهبود مشخصات بتن در کلیه زمینه‌ها علی الخصوص در سنین اولیه نمی‌گردند. امروزه کلیه محققین حوزه تکنولوژی بتن در سراسر دنیا بر این باورند که نانوفناوری از پتانسل لازم جهت ایجاد انقلابی عظیم در حوزه تکنولوژی بتن برخوردار است. یکی از انواع نانوذراتی که می‌تواند در این زمینه مؤثر واقع گردد نانورس است. تاکنون مطالعات محدودی در خصوص بررسی تأثیر نانورس بر مشخصات کامپوزیت‌های سیمانی انجام شده که در نتیجه آن مطالعات، بهبود در برخی مشخصات خمیر سیمان و ملات مشاهده شده است. اما علی رغم همه تحقیقات انجام شده، هنوز اطلاعات اندکی در خصوص تأثیر این نانوذرات بر مشخصات مختلف بتن در اختیار است. با توجه به تأثیرات مثبت مشاهده شده در خصوص استفاده از نانورس در ساخت کامپوزیت‌های سیمانی، به نظر می‌رسد که این نانوذره بتواند در بهبود مشخصات بتن‌های حاوی افزودنی‌های معدنی ضایعاتی مؤثر واقع گردد. این امر ضرورت انجام مطالعات بر روی بررسی تأثیر نانورس بر مشخصات انواع بتن‌های حاوی افزودنی معدنی ضایعاتی مانند دوده سیلیس، خاکستر بادی، خاکستر پوسته شلتوک برنج، روباره کوره بلند آهن¬گدازی و ... را آشکار می‌سازد. از میان انواع بتن‌های مورد مطالعه، بتن خودتراکم به عنوان یکی از انواع در حال توسعه بتن می‌تواند مورد توجه ویژه قرار گیرد. روش‌شناسی پژوهش: در این مطالعه تأثیر افزودن نانورس بر مشخصات بتن حالت تازه، مکانیکی و دوام بتن خودتراکم معمولی و بتن‌های خودتراکم حاوی افزودنی‌های معدنی مورد مطالعه مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا، مخلوط‌های بتن خودتراکم حاوی 1%، 2%، 3%، 4% و 5% نانورس ساخته شدند و مشخصات کارایی (جریان اسلامپ، زمان T50، زمان قیف V شکل و قابلیت گذردهی با استفاده از جعبه L شکل) آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. سپس در صورت مجاب نمودن شرایط خودتراکمی بر اساس EFNARC، مشخصات مکانیکی (مقاومت فشاری، مقاومت کششی به روش دو نیم شدن برزیلی، مدول الاستیسیته و سرعت عبور امواج فراصوت) و همچنین مشخصات دوام (جذب آب، عمق نفوذ آب طی انجام آزمایش نفوذ ناپذیری تحت فشار، مقاومت الکتریکی، ضریب مهاجرت یون کلراید و نمودار تغییرات وابسته به زمان جریان خوردگی طی آزمایش تحت ولتاژ) مورد مطالعه قرار گرفتند. همچنین، دوام بتن در مقابل شرایط ویژه محیطی مانند قرارگیری در معرض چرخه‌های متناوب ذوب و انجماد و همچنین قرارگیری در معرض دماهای بالا مورد مطالعه قرار گرفت. در پایان، به منظور ارزیابی عملکرد بتن خودتراکم در کاربردهای کارگاهی، تغییرات ایجاد شده در مشخصات آن طی فرآیند انتقال و همچنین فشار وارده بتن حالت تازه بر قالب بندی نیز مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج به دست آمده حاکی از آن بود که استفاده از 3% نانورس در مخلوط بتن‌های خودتراکم حاوی مقادیر بهینه جایگزینی افزودنی‌های معدنی، سبب دستیابی به مشخصات کارایی و مکانیکی مطلوب می‌گردد. همچنین، بهبود قابل ملاحظه‌ای در مشخصات دوام بتن‌های خودتراکم حاوی افزودنی‌های معدنی و نانورس در مقایسه با بتن مبنای حاوی افزودنی معدنی مشاهده شد. این امر نشان دهنده آن است که استفاده از مقادیر کم نانورس می‌تواند سبب بروز بهبود قابل توجهی در مشخصات بتن‌های خودتراکم دوستدار محیط زیست، به ویژه در جنبه دوام گردد. بر اساس نتایج به دست آمده، حمل بتن سبب کاهش جریان پذیری آن می‌گردد. با بررسی تغییرات جریان اسلامپ طی زمان انتقال، میزان این کاهش در هر لحظه از زمان انتقال در بتن‌های حاوی نانورس، مقادیر بیشتری را نشان داد. استفاده از نانورس در طرح مخلوط بتن خودتراکم همچنین سبب کاهش قابل ملاحظه‌ای در فشار وارد بر قالب بندی گردید. این امر می‌تواند به عنوان یکی از فواید بزرگ استفاده از نانورس در کاربردهای بتن درجا به شمار آید. نتیجه‌گیری: نتایج آزمایش ها نشان از وقوع تغییرات مثبت قابل ملاحظه با افزودن نانورس به بتن‌های خودتراکم حاوی افزودنی‌های معدنی مورد مطالعه دارد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
محمدی, دکتر یعقوبUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 10 Jul 2019 07:27
Last Modified: 10 Jul 2019 07:27
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7735

Actions (login required)

View Item View Item