کاربرد بتن غلتکی خودتمیزشونده در بهبود زیرساخت¬های شهری: گامی مؤثر در توسعه پایدار کلانشهرها
بابک منصوری
1
(
استادیار گروه مهندسی عمران، واحد فیروزاباد، مرکز میمند، دانشگاه آزاد اسلامی، میمند، ایران
)
محمدامین عابدزاده
2
(
کارشناس ارشد عمران گرایش مهندسی و مدیریت ساخت، دانشکدهی عمران، دانشگاه صنعتی شریف (پردیس کیش)، کیش، ایران
)
مهدی زراعت پیشه
3
(
مدیر کنترل کیفیت بتن، کارخانه توسعه بتن تابا، شیراز، ایران
)
کلید واژه: بتن غلتکی, بتن خودتمیزشونده, دی¬اکسید تیتانیوم, الیاف فورتا, مقاومت فشاری.,
چکیده مقاله :
بتن خودتمیزشونده، فناوری نوین و رو به رشدی است که طی سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. این نوع بتن با استفاده از مواد فوتوکاتالیستی همچون دیاکسید تیتانیوم قادر است آلایندهها و آلودگی سطح خود را تحت تأثیر نور خورشید تجزیه کرده و با خاصیت خودتمیزشوندگی، سطح بتن را پاکیزه و زیبا نگاه دارد. این ویژگی برای کلانشهرها و معابر پرترافیک که همواره در معرض آلودگی هستند، اهمیت ویژهای دارد چراکه به حفظ زیبایی و کاهش هزینههای نگهداری میانجامد. در میان مواد فوتوکاتالیستی، دیاکسید تیتانیوم به دلیل قیمت مناسب و سهولت دسترسی، رشد استفاده چشمگیری داشته است. با این حال، این افزودنی میتواند منجر به تضعیف برخی پارامترهای مکانیکی بتن، بهویژه مقاومت آن شود. مسئلهای که در بتن غلتکی با نسبت آب به سیمان پایین، خود را بیشتر نشان میدهد و ممکن است به ایجاد ترکهای سطحی و کاهش طول عمر روسازی بیانجامد. به منظور رفع این مشکل، در این تحقیق از الیاف سنتتیک فورتا بهعنوان تقویتکننده برای افزایش مقاومت بتن استفاده شد. در این تحقیق، مقادیر مختلف دیاکسید تیتانیوم (۵، ۱۰، ۱۵ و ۲۰% وزنی سیمان) همراه با ۴ کیلوگرم الیاف فورتا در هر مترمکعب بتن مورد استفاده قرار گرفت. آزمایشهایی مانند اسلامپ، تراکم، مقاومت فشاری در سنین مختلف و بررسی ویژگی خودتمیزشوندگی بر روی نمونهها انجام شد. نتایج نشان داد استفاده از دیاکسید تیتانیوم به میزان حداقل 10% وزنی سیمان، باعث خاصیت خودتمیزشوندگی و افزایش مقاومت فشاری بتن میشود. بطوریکه مقاومت فشاری 90 روزه نمونه دارای ۱۰% دیاکسید تیتانیوم نسبت به طرح شاهد تا 85% افزایش یافت.
چکیده انگلیسی :
Self-cleaning concrete is an emerging and rapidly developing technology that has attracted attention in recent years. This type of concrete, by using photocatalytic materials such as titanium dioxide, is able to decompose pollutants and surface contaminants under sunlight, and with its self-cleaning properties, keeps the concrete surface clean and aesthetically pleasing. This feature is particularly important for metropolises and high-traffic areas that are constantly exposed to pollution, as it helps maintain aesthetics and reduce maintenance costs. Among photocatalytic materials, titanium dioxide has seen a significant increase in use due to its reasonable price and easy availability. However, this additive can lead to the weakening of some mechanical parameters of concrete, particularly its strength. This issue becomes more pronounced in RCCP with a low water-to-cement ratio and may result in surface cracking and reduced pavement lifespan. To address this problem, synthetic Forta fibers were used as reinforcement in this study to enhance the strength of the concrete. In this research, different amounts of titanium dioxide (5, 10, 15, and 20% by weight of cement) along with 4 kg of Forta fibers per cubic meter of concrete were used. Tests such as slump, compaction, compressive strength at different ages, and evaluation of self-cleaning properties were performed on the samples. The results showed that using at least 10% titanium dioxide by weight of cement provides self-cleaning properties and increases the compressive strength of the concrete. In fact, the 90-day compressive strength of the sample containing 10% titanium dioxide increased by up to 85% compared to the control mix.
1. Lapidus, A., Korolev, E., Topchiy, D., Kuzmina, T., Shekhovtsova, S., & Shestakov, N. (2022). Self-cleaning cement-based building materials. Buildings, 12(5), 606. https://doi.org/10.3390/buildings12050606
2. Diamanti, M. V., Luongo, N., Massari, S., Lupica Spagnolo, S., Daniotti, B., & Pedeferri, M. P. (2021). Durability of self-cleaning cement-based materials. Construction and Building Materials, 280.
3. Sakthipriya, C., & Manikandan, R. K. (2020). An experimental study on TiO2 based self cleansing concrete by partial replacement of sand by waste glass. SSRG International Journal of Civil Engineering, 7(12), 9–12.
4. Nazari, A., & Riahi, Sh. (2021). The effects of TiO2 nanoparticles on flexural damage of self-compacting concrete. International Journal of Damage Mechanics, 1049, 1056–7895.
5. Quercia, P., Spiesz, G., Hüsken, G., & Brouwers, H. J. H. O. (2024). SCC modification by use of amorphous nano-silica. Cement and Concrete Composites, 45, 69–81.
6. Puentes, J., & Barluenga, G. (2019). Effect of silica-based nano and micro additions on SCC at early age and on hardened porosity and permeability. Construction and Building Materials, 81(15), 154–161.
7. Zhu, L., Hao, Y., Lu, Z., Wu, H., & Ran, Q. (2019). Do economic activities cause air pollution? Evidence from China’s major cities. Sustainable Cities and Society, 49.
8. Behfarnia, K., & Keivan, A. (2023). The effect of TiO2 and ZnO nanoparticles on physical and mechanical properties of normal concrete. Asian Journal of Civil Engineering, 14(4), 517–531.
9. Visali, C., Priya, A. K., & Dharmaraj, R. (2021). Utilization of ecofriendly self-cleaning concrete using zinc oxide and polypropylene fibre. Materials Today: Proceedings, 37, 1083–1086.
10. Xu, Y., Chen, W., & Jiang, T. (2023). Self-cleaning fair-faced concrete adopting recycled aggregates. In Multi-Functional Concrete with Recycled Aggregates (pp. 227–250). Woodhead Publishing.
11. Dikkar, H., Kapre, V., Diwan, A., & Sekar, S. K. (2021). Titanium dioxide as a photocatalyst to create self-cleaning concrete. Materials Today: Proceedings, 45, 4058–4062.
12. Bhagyamma, G., & Panchangam, S. C. (2023). Development of self-cleaning cement mortar exposed to indoor and outdoor environment. Materials Today: Proceedings.
13. Khannyra, S., Mosquera, M. J., Addou, M., & Gil, M. L. A. (2021). Cu-TiO2/SiO2 photocatalysts for concrete-based building materials: Self-cleaning and air de-pollution performance. Construction and Building Materials, 313, 125419.
14. Shen, W., Zhang, C., Li, Q., Zhang, W., Cao, L., & Ye, J. (2019). Preparation of titanium dioxide nanoparticle modified photocatalytic self-cleaning concrete. Journal of Cleaner Production, 87, 762–765.
15. Ghadim Takmeh Dash, F., Jafari Sadeghi, A., & Afshin, H. (2021). Investigation of some durability properties of concrete pavements containing nanoparticles. Journal of Amirkabir Civil Engineering, 1–10.
16. Ismaili, J., Andalibi, K., & Kasaei, J. (2019). Investigation of the effects of adding nano-alumina on the mechanical properties of concrete. In 10th International Congress of Civil Engineering (pp. 15–30). Faculty of Civil Engineering, Tabriz.
17. Sargunana, V., & Rajesh, C. A. (2022). Experimental investigations on mechanical strength of concrete using nano-alumina and nano-clay. In International Conference on Emerging Trends in Material Science and Technology (pp. 143–160).
18. Kalvandi, M., Rezaei, M., & Kalvandi, M. (2021). The effect of iron nanoparticles, iron oxide, titanium and silica particles on the properties and durability of concrete. In 2nd National Congress of Civil Engineering and Construction Projects (pp. 20–31).
19. Sharma, S., Kaur, I., & Gupta, S. (2019). Effect of fly ash and nano titanium dioxide on compressive strength of concrete. International Research Journal of Engineering and Technology, 6(07), 2262–2265.
20. Muzenski, S., Flores-Vivian, I., & Sobolev, K. (2019). Ultra-high strength cement-based composites designed with aluminum oxide nano-fibers. Construction and Building Materials, 220, 177–186.
21. Benny, G., & Kumar, G. K. (2021). Experimental study of self-cleaning concrete by using various photocatalysts. In Proceedings of SECON 2020: Structural Engineering and Construction Management 4 (pp. 241–249). Springer International Publishing.
22. Sani, M. M., Muftah, F., & Ahmad, N. (2022). An assessment of mechanical properties on self-cleaning concrete incorporating rutile titanium dioxide. In Design in Maritime Engineering: Contributions from the ICMaT 2021 (pp. 287–298). Springer International Publishing.
23. Ballari, M. M., Hunger, M., Hüsken, G., & Brouwers, H. J. H. (2020). NOx photocatalytic degradation employing concrete pavement containing titanium dioxide. Applied Catalysis B: Environmental, 95(3–4), 245–254.
24. Shen, S., Burton, M., Jobson, B., & Haselbach, L. (2022). Pervious concrete with titanium dioxide as a photocatalyst compound for a greener urban road environment. Construction and Building Materials, 35, 874–883.
25. Chen, J., & Poon, C. S. (2019). Photocatalytic construction and building materials: From fundamentals to applications. Building and Environment, 44(9), 1899–1906.