تأثیر تئوس و سرباره بر خودترمیمی بتن فوق توانمند الیافی با تمرکز بر بازیابی خصوصیات مکانیکی
الموضوعات : آنالیز سازه - زلزله
سید مهدی طاهریان قهفرخی
1
,
محمد محمدی ده چشمه
2
,
حسین تاجمیر ریاحی
3
,
غلامرضا قدرتی امیری
4
1 - دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران
2 - استادیار گروه مهندسی عمران، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران
3 - گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
4 - استاد دانشگاه علم و صنعت ایران
الکلمات المفتاحية: خودترمیمی, بتن فوق¬توانمند, تئوس, سرباره فولاد و خصوصیات مکانیکی,
ملخص المقالة :
در این تحقیق بر تأثیر مواجهه مستقیم تترا اتیل ارتوسیلیکات و جایگزینی بخشی از سیمان با سرباره کوره ذوب‌آهن بر عملکرد خودترمیمی بتن فوق توانمند الیافی با تمرکز بر بازیابی مقاومت خمشی و فشاری پرداخته شده است. برای این منظور، بر روی نمونه‌های ساخته‌شده، در سن سه روز، ریزترک‌هایی به عرض حدود 150 میکرون ایجاد گردید. دو طرح اختلاط با دو نوع شرایط مواجهه مورد بررسی قرار گرفت: در دسته اول، نمونه‌ها پس از ایجاد ریزترک به مدت 90 روز در آب با دمای محیط قرار گرفتند و در دسته دوم، تنها وجه ترک‌دار در معرض تئوس و سایر وجوه به مدت 90 روز در تماس با آب بودند. یکی از طرح‌ها شامل 15 درصد سرباره کوره ذوب‌آهن به‌جای سیمان بود و دیگری فاقد سرباره بود. نمونه‌های ترمیم‌شده با پردازش تصاویر میکروسکوپ نوری دیجیتال، بازیابی خصوصیات مکانیکی (مقاومت فشاری و خمشی) و تعیین میکروساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالایزر EDS ارزیابی شدند. نتایج نشان می‌دهد که نمونه‌های ترمیم‌شده که با سرباره کوره ذوب‌آهن ساخته و در مواجهه با تئوس قرار گرفتند به بهترین نتایج از نظر بسته‌شدن ترک‌ها و بازیابی مقاومت فشاری و خمشی منجر شده‌اند. همچنین تحلیل EDS برای این نمونه‌ها نشان می‌دهد که نسبت Ca/Si در محصولات ترمیمی داخل ترک به کمتر از 1 کاهش‌یافته که می‌تواند از دلایل بهتر بسته‌شدن ترک‌ها و بهبود مشخصات مکانیکی باشد.
]1[ Habel K, Gauvreau P. Response of ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) to impact and static loading. Cement and Concrete Composites. 2008;30(10):938-946. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.09.001
]2[ De Belie N, Gruyaert E, Al‐Tabbaa A, Antonaci P, Baera C, Bajare D, Darquennes A, Davies R, Ferrara L, Jefferson T. A review of self‐healing concrete for damage management of structures. Advanced materials interfaces. 2018;5(17):1800074. https://doi.org/10.1002/admi.201800074
]3[ de Larrard F, Sedran T. Optimization of ultra-high-performance concrete by the use of a packing model. Cement and Concrete Research. 1994;24(6):997-1009. https://doi.org/10.1016/0008-8846(94)90022-1
]4[ Ma Z, Li Y, Cao Z, Zhang S, Hou S, Liu J, Ruan X. Early age shrinkage and mechanical effect of ultra-high-performance concrete composite deck: A case study with in situ test and numerical simulation. Materials. 2022;15(10):3628. https://doi.org/10.3390/ma15103628
]5[ Mihashi H, Nishiwaki T. Development of Engineered Self-Healing and Self-Repairing Concrete-State-of-the-Art Report. Journal of Advanced Concrete Technology.2012;10(5):170-84. https://doi.org/10.3151/jact.10.170
]6[ Snoeck D, Van Tittelboom K, Steuperaert S, Dubruel P, De Belie N. Self-healing cementitious materials by the combination of microfibres and superabsorbent polymers. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2014; 25(1): 13-24.
https://doi.org/10.1177/1045389X12438623
]7[ Li V, Herbert E. Robust Self-Healing Concrete for Sustainable Infrastructure. Journal of Advanced Concrete Technology. 2012;10:207-18. https://doi.org/10.3151/jact.10.207
]8[ Van Tittelboom K, De Belie N, Van Loo D, Jacobs P. Self-healing efficiency of cementitious materials containing tubular capsules filled with healing agent. Cement and Concrete Composites. 2011; 33(4): 497-505.
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.01.004
]9[ Yang Y, Lepech MD, Yang E-H, Li VC. Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet–dry cycles. Cement and Concrete Research. 2009;39(5):382-90.
https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.01.013 ]10[ Huang H, Ye G, Damidot D. Effect of blast furnace slag on self-healing of microcracks in cementitious materials. Cement and Concrete Research.2014;60:68-82. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.03.010
]11[ Moropoulou A, Cakmak A, Labropoulos KC, Van Grieken R, Torfs K. Accelerated microstructural evolution of a calcium-silicate-hydrate (C-S-H) phase in pozzolanic pastes using fine siliceous sources: Comparison with historic pozzolanic mortars. Cement and Concrete Research. 2004;34(1):1-6.
https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00187-X ]12[ Sandrolini F, Franzoni E, Pigino B. Ethyl silicate for surface treatment of concrete–Part I: Pozzolanic effect of ethyl silicate. Cement and Concrete Composites.2012;34(3):306-12. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.12.003
]13[ Pigino B, Leemann A, Franzoni E, Lura P. Ethyl silicate for surface treatment of concrete – Part II: Characteristics and performance. Cement and Concrete Composites. 2012;34(3):313-21. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.11.021
]14[ Hou P, Cheng X, Zhou Z. Influence of the Surface Treatment of Hardened Cement Mortar with Colloidal Nano-Silica and TEOS. Journal of Advanced Concrete Technology. 2016; 14(5): 123-134.
https://doi.org/10.5703/1288284316113
]15[ Barberena-Fernández A, Carmona-Quiroga P, Blanco-Varela MT. Interaction of TEOS with cementitious materials: Chemical and physical effects. Cement and Concrete Composites. 2015;55:145-52. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.010
]16[ Guo Z, Hou P, Huang S, Xie N, Cheng X, Singh L, Valeriya S, Viktoriya N. Surface treatment of concrete with tetraethyl orthosilicate, Na2SiO3 and silane: comparison of their effects on durability. Ceramics-Silikaty.2018;62(4):332-41. https://doi.org/10.13168/cs.2018.0029
]17[ Kanellopoulos A, Qureshi T, Al-Tabbaa A. Glass encapsulated minerals for self-healing in cement based composites. Construction and Building Materials. 2015;98:780-91. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.08.127
]18[ Ma E, Chen X, Lai J, Kong X, Guo C. Self-healing of microcapsule-based materials for highway construction: A review. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2023;10(3):368-84. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2023.02.003
]19[ Pan X, Gencturk B. Self-healing efficiency of concrete containing engineered aggregates. Cement and Concrete Composites. 2023;142:105175. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105175
]20[ Hanna J. Self-Healing Concrete Techniques and Technologies and Applications. Recent Progress in Materials.2024;06(01):006. https://doi.org/10.21926/rpm.2401006
]21[Olivier K, Darquennes A, Benboudjema F, Gagné R. Early-Age Self-Healing of Cementitious Materials Containing Ground Granulated Blast-Furnace Slag under Water Curing. Journal of Advanced Concrete Technology. 2016;14:717-27. https://doi.org/10.3151/jact.14.717
]22[ Shen Y, Li Q, Huang B, Liu X, Xu S. Effects of PVA fibers on microstructures and hydration products of cementitious composites with and without fly ash. Construction and Building Materials.2022;360:129533. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129533
]23[ Kim S, Yoo D-Y, Kim M-J, Banthia N. Self-healing capability of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete after exposure to cryogenic temperature. Cement and Concrete Composites. 2019;104:103335. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.103335
]24[Emblem HG. Ethyl-silicate-bonded refractories. Materials Chemistry and Physics. 1983;8(3):265-77. https://doi.org/10.1016/0254-0584(83)90039-1
]25[ Schneider CA, Rasband WS, Eliceiri KW. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature methods.2012;9(7):671-5. https://doi.org/10.1038/nmeth.2089
]26[ Hilloulin B, Van Tittelboom K, Gruyaert E, De Belie N, Loukili A. Design of polymeric capsules for self-healing concrete. Cement and Concrete Composites.2015;55:298-307. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.022
]27[ Zdeb T. Autogenous healing effect of ultra-high performance cementitious composites. Journal of Advanced Concrete Technology. 2018;16(11):549-62. https://doi.org/10.3151/jact.16.549
]28[ Gruyaert E, Tittelboom KV, Rahier H, Belie ND. Activation of pozzolanic and latent-hydraulic reactions by alkalis in order to repair concrete cracks. Journal of Materials in Civil Engineering. 2015;27(7):04014208. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.022
]29[ Kumar VRP, Gunasekaran K, Shyamala T. Characterization study on coconut shell concrete with partial replacement of cement by GGBS. Journal of Building Engineering. 2019;26:100830. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100830
]30[ Couvidat J, Diliberto C, Meux E, Cotelle S, Bojic C, Izoret L, Lecomte A. Greening effect of slag cement-based concrete: Environmental and ecotoxicological impact. Environmental Technology & Innovation. 2021;22:101467. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101467
]31[ García Lodeiro I, Macphee DE, Palomo A, Fernández-Jiménez A. Effect of alkalis on fresh C–S–H gels. FTIR analysis. Cement and Concrete Research.2009;39(3):147-53. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.01.003
]32[ Zarzuela R, Luna M, Carrascosa LM, Yeste MP, Garcia-Lodeiro I, Blanco-Varela MT, Cauqui MA, Rodríguez-Izquierdo JM, Mosquera MJ. Producing C-S-H gel by reaction between silica oligomers and portlandite: A promising approach to repair cementitious materials. Cement and Concrete Research. 2020;130:106008. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106008
]33[ Yazıcı H, Yardımcı MY, Aydın S, Karabulut AŞ. Mechanical properties of reactive powder concrete containing mineral admixtures under different curing regimes. Construction and Building Materials.2009;23(3):1223-31. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.08.003
]34[ Wang J, Hu Z, Chen Y, Huang J, Ma Y, Zhu W, Liu J. Effect of Ca/Si and Al/Si on micromechanical properties of C(-A)-S-H. Cement and Concrete Research. 2022; 157: 106811. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106811
]35[ Fan MX, Chen FX, Zhang XY, Wang RK, Yu R. Effect of Ca/Si ratio on the characteristics of alkali-activated ultra-high performance concrete (A-UHPC): From hydration kinetics to microscopic structure development. Construction and Building Materials.2023;394:132158. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132158
