بررسی رفتارمواد بتنی حاوی سنگدانه مقاوم در برابر حرارت به روش عددی :مدل اجزای محدود

محورهای موضوعی : آمار

آی لی کلته ئی ¹ , علی رضا راسخی ^{2 *}

1 - گروه مهندسی عمران، واحد قشم، دانشگاه آزاد اسلامی، قشم، ایران
2 - گروه مهندسی عمران، واحد قشم، دانشگاه آزاد اسلامی، قشم، ایران

تاریخ دریافت : 1399/06/27 تاریخ پذیرش : 1399/07/01 تاریخ انتشار : 1402/10/28

کلید واژه: ضریب انتقال حرارت, اجزا محدود, حل عددی,

چکیده مقاله :

در این تحقیق به روش آزمایشگاهی از سنگدانه‌های سبک مقاوم در برابر حرارت، پومیس و پرلیت در درصد های جایگزینی ،40،30،20،10و 50 به عنوان جایگزین سنگدانه استفاده و در مجموع 11 سری طرح مخلوط طراحی و ساخته شد و در ادامه با استفاده از روش اجزا محدود عملکرد حرارتی سنگدانه های پومیس و پرلیت مورد بررسی و مقایسه با روش آزمایشگاهی قرار گرفت. نتایج بیانگر آن بودند که با افزایش درصد جایگزینی سنگدانه سبک، مقاومت فشاری مخلوط ها کاهش یافته و همچنین تخلخل و میزان نفوذ یون کلر در تمامی مخلوط ها افزایش یافته است و در مجموع مشخصات دوام مخلوط ها کاهش نشان داد . افزایش میزان جایگزینی سنگدانه‌ی سبک باعث کاهش چشمگیر ضریب انتقال حرارت نمونه ها شده است. از طرف دیگر درصد خطای محاسبه ضریب انتقال حرارت به روش عددی نسبت به روش آزمایشگاهی، برای مخلوط‌های حاوی 20 درصد پومیس و پرلیت برابر با 3/9 و 5/7 درصد بوده که درصد خطای قابل قبولی به حساب می‌آید.آنالیز ریزساختاری نشان داد که استفاده از سنگدانه های سبک پومیس و پرلیت انبساط یافته باعث افزایش تخلخل در مخلوط ها می شود.

چکیده انگلیسی:

در این تحقیق به روش آزمایشگاهی از سنگدانه‌های سبک مقاوم در برابر حرارت، پومیس و پرلیت در درصد های جایگزینی ،40،30،20،10و 50 به عنوان جایگزین سنگدانه استفاده و در مجموع 11 سری طرح مخلوط طراحی و ساخته شد و در ادامه با استفاده از روش اجزا محدود عملکرد حرارتی سنگدانه های پومیس و پرلیت مورد بررسی و مقایسه با روش آزمایشگاهی قرار گرفت. نتایج بیانگر آن بودند که با افزایش درصد جایگزینی سنگدانه سبک، مقاومت فشاری مخلوط ها کاهش یافته و همچنین تخلخل و میزان نفوذ یون کلر در تمامی مخلوط ها افزایش یافته است و در مجموع مشخصات دوام مخلوط ها کاهش نشان داد . افزایش میزان جایگزینی سنگدانه‌ی سبک باعث کاهش چشمگیر ضریب انتقال حرارت نمونه ها شده است. از طرف دیگر درصد خطای محاسبه ضریب انتقال حرارت به روش عددی نسبت به روش آزمایشگاهی، برای مخلوط‌های حاوی 20 درصد پومیس و پرلیت برابر با 3/9 و 5/7 درصد بوده که درصد خطای قابل قبولی به حساب می‌آید.آنالیز ریزساختاری نشان داد که استفاده از سنگدانه های سبک پومیس و پرلیت انبساط یافته باعث افزایش تخلخل در مخلوط ها می شود.

منابع و مأخذ:


[1] Akman MS, Tas_demir MA. Perlite concrete as a structural material. In: 1st National perlite congress, Ankara (Turkey); 1977 .
[2] Steiger RW, Hurd MK. Lightweight insulating concrete for floors and roof decks. Concr Const 1978;23(7):411–22.
[3] Akçaözoğlu, S., Akçaözoğlu, K., & Atiş, C. D. (2013). Thermal conductivity, compressive strength and ultrasonic wave velocity of cementitious composite containing waste PET lightweight aggregate (WPLA). Composites Part B: Engineering, 45(1), 721-726.
[4] ACI committee 213. Guide for structural lightweight aggregate concrete. Report No. 213R-87. Detroit, USA: American Concrete Institute; 1999. p. 27.
[5] Tay J, Yip W. Sludge ash as lightweight concrete material. J Environ Eng 1989;115(1):56–64.
[6] Unal O, Uygunog˘lu T, Yildiz A. Investigation of properties of low-strength lightweight concrete for thermal insulation. Build Environ 2007;42(2):584–90.
[7] K.H. Mo, U.J. Alengaram, M.Z. Jumaat, Bond properties of lightweight concrete – A review, Constr. Build. Mater. 112 (2016) 478–496.
[8] J.A. Bogas, M.G. Gomes, S. Real, Capillary absorption of structural lightweight aggregate concrete, Mater. Struct. 48 (2015) 2869–2883.
[9] K.M.A. Hossain, M. Lachemi, Mixture design, strength, durability, and fire resistance of lightweight pumice concrete, ACI Mater. J. 104 (2007) 449–457.
[10] M.N. Haque, H. Al-Khaiat, O. Kayali, Long-term strength and durability parameters of lightweight concrete in hot regime: importance of initial curing, Build. Environ. 42 (2007) 3086–3092.
[11] M. Kismi, P. Poullain, P. Mounanga, Transient thermal response of lightweight cementitious composites made with polyurethane foam waste, Int. J. Thermophys. 33 (7) (2012) 1239–1258.
[12] Lihua Zhu , Jun Dai , Guoliang Bai a, Fengjian Zhang, Study on thermal properties of recycled aggregate concrete and recycled concrete blocks, Construction and Building Materials 94 (2015) 620–628
[13] K.H. Kim, S.E. Jeon, J.K. Kim, S. Yang, An experimental study on thermal conductivity of concrete, Cem. Concr. Res. 33 (3) (2003) 363–371.
[14] ACI 213R–03. Guide for structural lightweight-aggregate concrete. American Concrete Institute/01-Jan-2003.
[15] Arnould M, Virlogeux M. Granulats et bétons légers. Presses de l’école nationale des ponts et chaussées; 1986, ISBN 2-85978-086-6.
[16] Ke Y, Beaucour AL, Ortola S, Dumontet H, Cabrillac R. Influence of volume fraction and characteristics of lightweight aggregate concrete on the mechanical properties of concrete. Constr Build Mater 2009;23:2821–8.
[17] Ke Y, Ortola S, Beaucour AL, Dumontet H. Identification of microstructural characteristics in lightweight aggregate concretes by micromechanical modeling including the interfacial transition zone (ITZ). Cement Concrete Res 2010;40:1590 600.
[18] Chandra S, Berntsson L. Lightweight aggregate concrete. Noyes Publications/
William Andrew Publishing; 2002, ISBN 0-8155-1486-7.
[19] Zhang MH, Gjorv OE. Characteristics of lightweight aggregates for high strength concrete. ACI Mater J 1991;March–April:150–8.
[20] Kockal NU, Ozturan T. Strength and elastic properties of structural lightweight
concretes. Mater Des 2011;32:2396–403.
[21] Sengul, O., Azizi, S., Karaosmanoglu, F., Tasdemir, M.A., 2011. Effect of expanded perlite on the mechanical properties and thermal conductivity of lightweight concrete. Energy Build. 2e3, 671e676
[22] Demirboga, R., Kan, A., 2012. Thermal conductivity and shrinkage properties ofmodified waste polystyrene aggregate concretes. Constr. Build. Mater. 0, 730e734
[23] BS 1881 Part 116, Method for determination of compressive strength of concrete, British Standard,
1983.
[24]ASTM C642, Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, ASTM C642, 1997.
[25]NT Build 492 - Concrete Mortar and Cement-based Repair Materials - Chloride Migration Coefficient from Non-steady-state Migration Experiments. NT Build 492, 1999.
[26] Saeed shekveh, (2020). Existence of at least three weak solutions for a quasilinear elliptic system. Journal of New Researches in Mathematics.
[27] Khaleghi Moghadam, M., Tersian, S., & Avci, M. (2020). A Variational Approach To The Existence Of Infinitely Many Solutions For Difference Equations. Journal of New Researches in Mathematics, 5(22), 99-110.
[28] Amini, E., & Ebadian, A. (2020). Numerical Solution and Error Analysis for Linear and Nonlinear Delay Differential Equations. Journal of New Researches in Mathematics.
[29]Youm, K. S., Moon, J., Cho, J. Y., & Kim, J. J. (2016). Experimental study on strength and durability of lightweight aggregate concrete containing silica fume. Construction and Building Materials, 114, 517-527.
[30] J.L. Clarke. Structural lightweight aggregate concrete. Blackie Academic & Prof; 2005, pp. 161.
[31] Rasekhi Sahneh, A. R., Dashti Rahmatabadi, M. A., Madani, H., & Dehghan Manshadi, H. (2023). A Comprehensive Investigation on the Influence of Zeolite, Pumice, and Limestone Powder on the Characteristics of Eco‐Friendly Calcium Aluminate Cement Mixes. Advances in Materials Science and Engineering, 2023(1), 1433612.
[32]Asadi, I., Shafigh, P., Hassan, Z. F. B. A., & Mahyuddin, N. B. (2018). Thermal conductivity of concrete–A review. Journal of Building Engineering, 20, 81-93.

متن کامل:



دسترسي در سايتِ http://jnrm.srbiau.ac.ir

سال هشتم، شماره چهلم، بهمن و اسفند 1401

شماره شاپا: X588-2588

 

 

 

 

 

بررسی رفتار مواد بتنی حاوی سنگدانه مقاوم در برابر حرارت به روش عددی: مدل اجزای محدود 

 

 

آی­لی کلته­ئی1، علیرضا راسخی صحنه2*

 

 

)1و2  (گروه مهندسی عمران، واحد قشم، دانشگاه آزاد اسلامی، قشم، ایران

¹ 

 

تاريخ ارسال مقاله:         27/06/1399   تاريخ پذيرش مقاله: 01/07/1399

چکيده

در این تحقیق به روش آزمایشگاهی از سنگدانه‌های سبک مقاوم در برابر حرارت، پومیس و پرلیت در درصدهای جایگزینی ،40،30،20،10و 50 به عنوان جایگزین سنگدانه استفاده و در مجموع 11 سری طرح مخلوط طراحی و ساخته شد و در ادامه با استفاده از روش اجزای محدود عملکرد حرارتی سنگدانه­های پومیس و پرلیت مورد بررسی و مقایسه با روش آزمایشگاهی قرار گرفت. نتایج بیانگر آن بودند که با افزایش درصد جایگزینی سنگدانه سبک، مقاومت فشاری مخلوط­ها کاهش یافته و همچنین تخلخل و میزان نفوذ یون کلر در تمامی مخلوط­ها افزایش یافته است و در مجموع مشخصات دوام مخلوط­ها کاهش نشان داد. افزایش میزان جایگزینی سنگدانه‌ سبک باعث کاهش چشمگیر ضریب انتقال حرارت نمونه­ها شده است. از طرف دیگر درصد خطای محاسبه ضریب انتقال حرارت به روش عددی نسبت به روش آزمایشگاهی، برای مخلوط‌های حاوی 20 درصد پومیس و پرلیت برابر با 3/9 و 5/7 درصد بوده که درصد خطای قابل قبولی به حساب می‌آید. آنالیز ریزساختاری نشان داد که استفاده از سنگدانه­های سبک پومیس و پرلیت انبساط یافته باعث افزایش تخلخل در مخلوط­ها می­شود.

 

 

واژه‌هاي کليدي: حل عددی، ضریب انتقال حرارت، روش اجزا محدود 

1- مقدمه

بتن یک ماده کامپوزیت است که ترکیبات عمده آن سیمان، مواد جایگزین سیمان، سنگدانه (درشت و ریز)، آب و مواد افزودنی می­باشد. در بیشتر موارد ساخت‌وساز، مخلوط­های بتنی نه ‌تنها در مقدار حتی در کیفیت با یکدیگر اختلاف دارند. برای دست‌یابی از یک سطح مطلوب از ایمنی و دوام در سازه­های بتنی، درصد اختلاط اجزای بتن باید مطابق با یک دستورالعمل و شرایط محیطی در حین ساخت تنظیم شود. برای رسیدن به مشخصات مورد نیاز اقتصادی و مکانیکی، سنگدانه­ها 60 تا 70 درصد حجم کل بتن مخلوط شده را تشکیل می­دهند. مقاومت مکانیکی و دوام مخلوط­های بتنی به مشخصات خمیر سیمان، مشخصات فیزیکی و شیمیایی سنگدانه­ها و به ناحیه انتقالی خمیر سیمان و سنگدانه­ها وابسته است.

جرم واحد حجم(چگالی )، مقاومت فشاری و خواص عایق حرارتی بتن با یکدیگر در ارتباط هستند. به‌طورکلی، با افزایش جرم واحد حجم بتن، مقاومت فشاری آن نیز افزایش می‌یابد. با این‌ وجود، خواص عایق حرارتی بتن به دلیل افزایش جرم واحد حجم کاهش می‌یابد]1-2[. امروزه بتن سبک در بسیاری از پروژه‌های مهندسی جهت رفع مشکلات بتن معمولی از جمله چگالی بالا و خواص عایق حرارتی پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد. خواص عایق حرارتی بتن سبک در مقایسه با بتن معمولی بهتر می‌باشد. ضریب انتقال حرارت بتن­های حاوی بتن سبک در حدود 50 درصد کمتر از بتن معمولی می­باشد]3[. در حال حاضر، بتن سبک را می­توان با روش ساخت و مصالح گوناگونی تولید کرد. رایج‌ترین روش تولید بتن سبک استفاده از سنگدانه سبک می­باشد. سنگدانه سبک مصالح مهمی می­باشد که از آن، جهت کاهش چگالی بتن سازه­ای و غیر سازه­ای استفاده می­شود. سنگدانه سبک به صورت کلی برای کاهش چگالی بتن استفاده می­شود و معمولاً جایگزین سنگدانه طبیعی می­شود. از دیگر روش‌های بررسی بتن­های سبک استفاده از شبیه‌سازی عددی است. منظور از شبیه‌سازی عددی تحلیل خواص بتن سبک به کمک معادلات حاکم بر آن می­باشد. از جمله مزایای استفاده از روش­های عددی صرفه‌جویی در وقت و هزینه در مقایسه با روش آزمایشگاهی می­باشد.

سنگدانه­های سبک می­تواند از منابع طبیعی بدست آیند و یا به صورت مصنوعی ساخته شوند. اصلی‌ترین منابع طبیعی سنگدانه سبک، سنگدانه­های آتشفشانی هستند. سنگدانه­های مصنوعی و ساخت بشر مانند پرلیت، ورمکولیت و رس انبساط یافته از طریق یک فرایند حرارتی در کارخانه‌ها بدست می‌آیند. سنگدانه­های سبک می­توانند به عنوان سنگدانه برای تولید بتن در محدوده وسیعی از چگالی و مقاومت ساخته شوند و کاربردهای گوناگونی داشته باشند. بتن­های سبک با مقاومت فشاری بین 0.69 تا 89/6 مگا پاسکال به ‌عنوان بتن عایق به کار می­رود. بتن­های با مقاومت بین 89/6 تا 24/17 به عنوان بتن پرکننده و بتن سبک با مقاومت بالاتر از 24/17 به عنوان بتن سبک سازه­ای به کار می­رود]4[. اولین فایده استفاده از سنگدانه سبک کاهش بار مرده است. سنگدانه­های سبک به صورت کلی دارای ساختار متخلخل هستند که این ساختار متخلخل باعث می­شود که این سنگدانه­ها دارای مشخصات حرارتی، آکوستیکی و مقاوم در برابر آتش مناسب باشند.]5-6 [. چگالی بتن­های حاوی سنگدانه سبک در مقایسه با بتن معمولی که حدود 2400 کیلوگرم بر متر مکعب است معمولا زیر 2000 کیلوگرم بر متر مکعب است. با وجود این مزایای ذکر شده بتن­های سبک دارای مشکلاتی نیز می­باشند. برای مثال برای یک طرح مخلوط حاوی سنگدانه سبک، معمولا مقاومت فشاری مخلوط پایین می­باشد که علت آن مقاومت پایین و ساختار متخلخل سنگدانه سبک می­باشد]7[. بعلاوه برای رسیدن به یک مقاومت فشاری مشخص، بتن سبک معمولا به حجم خمیر بیشتری احتیاج دارد ]8[ که منجر به افزایش مقدار سیمان مصرفی در مقایسه با بتن معمولی می­شود. مصرف بیشتر سیمان باعث افزایش هزینه بتن و همچنین افزایش مقدار حرارت هیدراتاسیون در بتن می­شود. همچنین گزارش شده است که استفاده از سنگدانه سبک باعث کاهش مشخصات دوام مانند نفوذ­پذیری؛ جذب حجمی و مقاومت کربناسیون می­شود]9-10[.

هارمتی و همکارانش گزارش دادند که بتن سبک به دلیل چگالی پایین و مشخصات خاص سنگدانه­های آن عایق کارآمدی می­باشد]11[. ژائو و همکارانش به بررسی خواص حرارتی بتن­های حاوی سنگدانه بازیافتی بتنی پرداختند و گزارش دادند که با افزایش درصد جایگزینی سنگدانه بازیافتی ضریب انتقال حرارت کاهش می­یابد]12[. کیم و همکارانش گزارش ضریب انتقال حرارت بتن­های مرطوب 7/1 برابر بزرگتر از بتن خشک است ]13[. محققین مختلفی گزارش دادند که سنگدانه سبک مورد استفاده در بتن معمولا پومیس، رس کلیسنه است]14-19[. چگالی بتن سبک سخت شده معمولا بین 1500 تا 1800 کیلوگرم است]20[. سنگال و همکارانش گزارش دادند که استفاده از پومیس انبساط یافته در بتن باعث کاهش چشمگیر ضریب انتقال حرارت بتن می­شود]21[. کان و همکاران به بررسی استفاده از دانه­های پلی اتیلن به عنوان سنگدانه سبک در بتن پرداختند. آنها گزارش دادند که استفاده از سنگدانه پلی اتیلن باعث کاهش مقدار ضریب انتقال حرارت تا 6/0وات بر متر کلوین می­شود]22[.

 

2- مواد و مصالح مورد استفاده

2-1- سیمان مصرفی

در این تحقیق از سیمان تیپ 2 تولید شده در کارخانه سیمان فیروزآباد فارس برای ساخت مخلوط­های آزمایشی استفاده‌ شده است. جدول آنالیز شیمیایی سیمان مصرفی در جدول 1 نشان داده ‌شده است.

 

جدول 1. آنالیز شیمیایی سیمان مصرفی

مشخصات شیمیایی الزامی	(MgO)%	(SiO2)%	(Al2O3)%	(Fe2O3)%	(C3A)%	(SO3)%	(L.O.I)%	(I.R)%	(CAO)%
مشخصه سیمان فیروزآباد	4/1	2/21	6/4	8/3	6	54/2	1	5/0	62

 

2-2- سنگدانه 

سنگدانه­های استفاده شده در این مطالعه شامل ماسه سیلیسی رودخانه­ای با حداکثر بعد 75/4 میلی­متر و جذب آب 42/2 درصد و چگالی اشباع با سطح خشک kg/m32560، مشخصات سنگدانه پرلیت و پومیس در جدول 2 آورده شده است.

 

جدول 2 . مشخصات فیزیکی سنگدانه های مصرفی

 

 

 

حداکثر بعد سنگدانه  (mm)	جذب آب (%)	چگالی SSD (Kg/m3)	وزن مخصوص  خشک (Kg/m3)	نوع سنگدانه
75/4	24/2	2560	2490	ماسه
75/4	80	480	420	پرلیت
75/4	27	1150	1070	پومیس

 

 

 

 

 

        شکل1. سنگدانه مورد استفاده (الف)ماسه شسته (ب) پرلیت(ج) پومیس

 

با توجه به اینکه ماسه­های موجود در ایران مقدار فیلر کمی دارند و نمی­توانند در محدوده منحنی­های دانه­بندی مذکور قرار گیرند، از پودر سنگ آهک به عنوان فیلر استفاده شد. دانه بندی پودر سنگ آهک، سیمان با استفاده از دستگاه طیف سنج لیزری محاسبه شده است و در شکل 2 آورده شده است.

 

شکل 2. دانه‌بندی پودر سیمان

 

3- طرح­هاي اختلاط، نحوه ساخت

برای اختلاط بتن­ سبک حاوی سنگدانه سبک در این مطالعه از یک میکسر درام استفاده شد. نحوه اختلاط شامل دو دقیقه اختلاط خشک مصالح، افزودن آب به مخلوط در حال اختلاط در یک بازه زمانی 30 ثانیه و ادامه اختلاط به مدت 3 دقیقه بوده است. نحوه اختلاط مصالح خشک نیز بدین‌صورت بوده است که در ابتدا شن، ماسه و سنگدانه­های پرلیت و پومیس درون میکسر ریخته و سپس سیمان به آن­ها اضافه ‌شده است. سپس، آب به همراه فوق روان­کننده در آب درون مخلوط‌کن ریخته می‌شد. بلافاصله پس از اتمام اختلاط، بتن تازه در یک ‌لایه در درون قالب­های مکعبی و در دو لایه در درون قالب­های استوانه­ای ریخته شده و به مدت دو تا سه دقیقه بر روی میز ویبره قرارگرفته و متراکم شده­اند. پس از آماده‌سازی، نمونه­ها با پوشش مرطوب به مدت 18 ساعت پوشیده شده­اند تا از تبخیر سطحی آن­ها جلوگیری شود، سپس در حوضچه بتن حاوی آب‌آهک اشباع‌شده قرارگرفته تا زمان انجام آزمایش­ها نگهداری شده­اند.

 

 

جدول3. طرح اختلاط‌های مخلوط‌های حاوی سنگدانه پومیس

 

 

جدول4. طرح اختلاط‌های مخلوط‌های حاوی سنگدانه پرلیت انبساط یافته

ریزدانه (Kg/)	پومیس (Kg/)	درشت دانه (Kg/)	پودرآهک (Kg/)	سیمان (Kg/)	w/c	شماره طرح
730	0	1118	57	350	48/.	control
512	2/107	1045	57	350	48/.	PC-10
343	214.5	1045	57	350	48/.	PC-20
173.3	2/310	1050	57	350	48/.	PC-30
0	396	1050	57	350	48/.	PC-40
0	468	1050	57	350	48/.	PC-50

 

 

 

4- آزمایش‌های مورد استفاده در این تحقیق

4-1-آزمایش تعیین مقاومت فشاری

جهت این کار، نمونه‌های مکعبی به ابعاد 5 سانتی‌متر به تعداد مورد نیاز ساخته‌شده و نمونه‌ها پس از ساخت، با آب عمل‌آوری شدند. در سنین 28 روز پس از عمل‌آوری ،3 نمونه برای هر طرح اختلاط، از آب خارج‌شده و مطابق با استاندارد]23[  BS1881-116  تحت آزمایش فشاری قرارگرفته و نتایج ثبت گردید.

4-2 آزمایش تعیین درصد جذب آب نمونه‌ها، چگالی خشک و حجم منافذ قابل نفوذ

این آزمایش مطابق استاندارد]24 ASTM C642 [ با هدف بررسی میزان جذب آب توسط ملات‌های سخت شده و بررسی چگالی خشک و تشخیص حجم حفرات قابل نفوذ در ملات انجام شد. برای این منظور، پس از 28 روز عمل‌آوری، ابتدا نمونه‌ها در دمای  105 سانتی‌گراد خشک گردید و سپس در ظرف محتوی آب به نحوی غوطه‌ور شدند که سطح آب 25±5 میلیمتر بالاتر از سطح آزمونه‌ها قرار گرفت. در این آزمون نمونه‌ها را در زمان‌های تعیین شده از آب خارج کرده و توسط پارچه‌ای تمیز، آب سطح آنها خشک و سپس توزین گردید. بدین ترتیب با داشتن وزن آزمونه در حالت خشک و غوطه‌ور، درصد جذب آب برحسب وزن آزمونه خشک از رابطه 1 به دست آمد.

ریزدانه (Kg/)	پرلیت (Kg/)	درشت دانه (Kg/)	پودرآهک (Kg/)	سیمان (Kg/)	w/c	شماره طرح
730	0	1118	57	350	48/.	control
512	24	1045	57	350	48/.	EPC-10
343	48	1045	57	350	48/.	EPC-20
3/173	74.4	1050	57	350	48/.	EPC-30
0	6/101	1050	57	350	48/.	EPC-40
0	1/129	1050	57	350	48/.	EPC-50

(1)

                                                                                    = جذب آب (%)

A- وزن نمونه‌ خشک شده درآون برحسب گرم

B- وزن نمونه‌ غوطه­ور شده درآب با سطح خشک برحسب گرم

برای آزمایش چگالی بتن سخت شده و حجم حفرات بعد از یادداشت نمودن وزن اشباع نمونه، نمونه را درون توری و در آب قرار داده و وزن آن را به عنوان وزن ظاهری قرائت می­کنیم. سپس از طریق روابط زیر به محاسبه­ چگالی و حجم حفرات بتن سخت شده می­پردازیم.

(2)
(3)
(4)		حجم حفرات(%)

C-وزن نمونه‌ی غوطه‌ور و جوشیده با سطح خشک برحسب گرم

D-وزن ظاهری نمونه پس از غوطه‌وری وجوشیدن برحسب گرم

g1-چگالی خشک برحسب تن برمترمکعب(T/m 3)

g2-چگالی ظاهری برحسب تن برمترمکعب(T/m 3)

ρ-چگالی آب برحسب تن برمترمکعب(T/m 3)

 

4-3آزمایش انتشار تسریع شده یون کلراید(RCMT)

این آزمایش بر اساس استاندارد  ]25[ NT-BUILD492 با هدف تعیین ضریب انتشار یون‌های کلرید و بررسی عملکرد ذرات پارافین بر دوام ملات‌های ساخته شده، انجام گرفت. در این آزمایش پس از اجرای مراحل و شرایط آزمایش مطابق با استاندارد مذکور، عمق نفوذ یون‌های کلرید به درون ملات، با پاشش محلول 1/0 مولار نقره نیترات و اندازه گیری به وسیله کولیس انجام شد. پس از اندازه‌گیری عمق نفوذ کرده مقادیر به دست آمده جهت محاسبه ضریب انتشار یون های کلرید در رابطه 5 قرار داده شد.

(5)

 

  ضریب انتشار یون کلراید   

 -Uمقدار ولتاژ اعمالی

T- میانگین دمای اولیه و ثانویه در محلول آب نمک

 -Lضخامت نمونه بر حسب میلی متر

  -میانگین مقادیر عمق نفوذ

t- مدت زمان آزمایش، بر حسب ساعت        

 

 

شکل 3. نمایی از آزمایش انتشار تسریع شده یون کلراید

 

شکل 4. پاشش نیترات نقره و تغییر رنگ ناحیه نفوذ کرده

 

3-6-5- میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM²)

به منظور بررسی بهتر عملکرد ذرات پارافین و مشاهده اثر آن بر ریزساختار ملات‌ها، از عکس میکروسکوپ الکترونی استفاده شد.

4-4- آزمایش ضریب انتقال حرارت

برای محاسبه ضریب انتقال حرارت بتن از روش شار حرارتی پایدار استفاده شد. نحوه کار بدین‌صورت است که نمونه‌ها بین دو صفحه که به آن‌ها صفحه گرم و صفحه سرد گفته می‌شود قرار گرفت. از طریق صفحه گرم شار حرارتی به نمونه داده می‌شود و در بقیه جهات نمونه ایزوله و عایق می‌شود و در بالای نمونه صفحه سرد قرار داده می‌شود و شار حرارتی از درون نمونه از صفحه گرم به سمت صفحه سرد صورت می‌گردد. زمانی که دمای سطح پایین و بالای نمونه ثابت شد مشخص می‌شود که شار حرارتی به حالت پایدار رسیده است و سپس مطابق با رابطه6 ضریب انتقال حرارت محاسبه می‌شود.

(6)

K-ضریب انتقال حرارت برحسب W/(Mk)

Q-توان ورودی دستگاه برحسب وات(W)

t-ضخامت نمونه برحسب متر

A-سطح مقطع نمونه برحسب مترمربع

-اختلاف دمای بالا و پایین نمونه برحسب کلوین

 

 

شکل 5. دستگاه ضریب انتقال حرارت

 

5- شبیه‌سازی عددی

در این مطالعه از نرم‌افزار انسیس برای شبیه‌سازی عددی برای محاسبه ضریب انتقال حرارت نمونه‌های حاوی ذرات پارافین استفاده شد. ضریب انتقال حرارت خاصیتی از مواد است که نشان‌دهنده‌ی توانایی مواد در انتقال حرارت می‌باشد. ضریب انتقال حرارت مهم‌ترین مشخصه‌ی حرارتی است که بر جریان انتقال حرارت در بتن تأثیر می‌گذارد. مقدار عبور جریان گرما از یک سطح را می‌توان با معادله فوریه به دست آورد.

(7)

و هنگامی‌که جریان فقط در یک‌جهت باشد می‌توان بالا را به‌صورت زیر ساده کرد.

(8)

 

 

شکل6. نمای شماتیک از انتقال حرارت یک‌بعدی از طریق انتقال

 

معادله حاکم

در این قسمت در ابتدا معادلات مشتق جزیی حاکم بر مساله انتقال حرارت ارائه خواهد شد و در اد امه به روش اجزا محدود پاسخ معادلات بدست خواهد آمد.

المان سه بعدی با حجم محدود  مطابق با شکل 7 که تحت توزیع دمای  قرار دارد را در نظر می گیریم .معادلات تعادل انرژی برای این المان به صورت زیر نوشته می شود.

در راستای x :

(9)

در راستای Y :

(10)

در راستای z :

(11)

 

شکل 7. المان سه بعدی تحت توزیع دما

 

مجموع معادلات بالا میزان انرژی ورودی به المان را نشان می دهد که در غیاب منبع حرارتی و چاه حرارتی این انرژی می بایست با نرخ ذخیره انرژی در المان برابر باشد.مظابق با معادله 12

(12)

که در آن

 ظرفیت گرمایی ویژه،  چگالی و  صریب انتقال حرارت است.

معادله .... معادله مشتق جزیی حاکم بر مساله انتقال حرارت دو بعدی را نشان می دهد که برای حل آن به طور کلی سه شرایط مرزی می باشد.

1.       شرط مرزی دیریشله:

در این حالت دما روی مرز مقداری محدود و معلوم است.

(13)

2.       شرط مرز نیومن:

در این حالت در مرز شار حرارتی محدود و معلومی وجود دارد

(14)

3.       شرط مرزی کوشی:

در این حالت در مرز بر هم کنش بین المان و محیط اطراف وجود دارد

(15)

 دمای محیط اطراف است.

مدل اجزای محدود

معادله حاکم بر مساله یک بعدی را به فرم کلی زیر در نظر می گیریم.

(16)

با شرایط مرزی زیر

(17)

مطابق با روش اجزای محدود برای حل معادله 16 می بایست ابتدا فرم ضعیف شده آن را بدست آورد . استفاده از روش های فرم ضعیف شده معادلات رویکردی است که در حل معادلات مختلف ریاضی مورد استفاده قرار می گیرد]26-28[.

بدین منظور طرفین معادله را در یک تابع تست مطابق با معادله 18 ضرب می کنیم.

(18)

در ادامه  با اعمال روش انتگرال گیری جز به جز بر سمت چپ معادله 18 را می توان به فرم زیر بازنویسی کرد.

(19)

همان طور که از فرم ضعیف شده ی معادله مشخص است تابع تست می بایست تا مرتبه  پیوسته باشد. در ادامه مطابق با معادله 20 پاسخ مساله را به صورت مجموع حاصل ضرب مقادیر گره ای در مقدار توابع شکل گسسته سازی می کنیم .

(20)

که در آن n تعداد گره ، T مقادیر گره ای و   توابع شکل هستند.برای بازنویسی فرم ماتریسی مساله لازم است تا فرم گسسته در معادله 20 را در معادله 19 جایگذاری کنیم .

(21)

با حل معادله 21 بر هر المان می توان فرم ماتریسی مساله را به فرم زیر نوشت.

(22)

که در آن A ماتریس سختی ، b بردار نیروها ، t بردار مقادیر مجهول گره ای است.

(23)

 

---

[1] . *. عهده­دار مکاتبات:                                    [e-mail] Email:

[2]  Scanning Electron Microscopy

---