بررسی عملکرد و مشخصات مکانیکی مخلوط بتن غلتکی(RCC) حاوی مقادیر بالای خاکستر بادی، خرده لاستیک بازیافتی و نانوسیلیس با استفاده از بهینه‌سازی سطح پاسخ

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران

2 گروه مدیریت ساخت، دانشکده مهندسی کاربردی، فناوری و ایمنی، تهران، ایران دانشگاه میلرزویل، میلرزویل، پنسیلوانیا، ایالات متحده آمریکا

چکیده

در این مقاله سعی شده تا خصوصیات مکانیکی نوعی بتن غلتکی دوستار محیط زیست مورد بررسی قرار گیرد. به این منظور از نوعی آنالیز به عنوان آنالیز سطح پاسخ (RSM) استفاده شده است تا طرح مخلوط بهینه مورد بررسی قرار گیرد. متغیرهای مورد استفاده در این مطالعه شامل خاکستر بادی بعنوان جایگزین حجمی مصالح به میزان 50%، 60% و 70% ، خرده لاستیک بازیافتی به میزان 10، 20 و 30 % جایگزین مصالح ریز دانه و نانو سیلیس به میزان 0تا 2 درصد جایگزین سیمان می باشند. بر اساس نتایج بدست آمده از ماکسیمم سازی مقاومت فشاری 28 روزه نمونه ها و مقاومت فشاری و کششی آنها و با استفاده از روش بهینه سازی چند متغیره تحلیل ها انجام پذیرفته است. در نهایت نتایج حاکی از این بود که میزان بهینه جایگزینی 10% حجمی خرده لاستیک بازیافتی، جایگزینی 72/53 % سیمان با خاکستر بادی و افزودن 22/1 % نانوسیلیس در مصالح سیمانی میتواند بیان کننده خصوصیات مخلوط بهینه باشد. بمنظور مطالعه بیشتر تاثیر خرده لاستیک بازیافتی و نانوسیلیس بر خصوصیات بتن غلتکی، از مخلوطهای شاهد با درصد خاکستر بادی ثابت (50%سیمان) با میزان درصد متغیر خرده لاستیک 0 تا 30% و میزان نانوسیلیس 0تا 3 % استفاده شده است. در مقایسه با روسازیهای بتن غلتکی متداول، بتن غلتکی مورد مطالعه دارای چگالی، زمان وی بی، مقاومت فشاری و کششی و مدول الاستیسیتهپایین تری می باشد. در هر حال پس از یک سال این بتن غلتکی از مقاومت فشاری بالاتری برخوردار شده است. در اثر جایگزینی خرده لاستیک با بخشی از مصالح ریزدانه، کاهش محسوسی در کلیه خصوصیات مکانیکی ذکر شده مشاهده گردید. با افزودن مواد نانوسیلیس کلیه خصوصیات مکانیکی بتن غلتکی
 افزایش یافته است.  

 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mechanical Properties and Performance of Roller Compacted Concrete (RCC) Containing High Volume of Fly Ash, Crumb Rubber and Nano Silica using Response Surface Method

نویسندگان [English]

  • A.R. Ameli 1
  • E. Parvaresh Karan 2
  • S. A. H. Hashemi 1
1 Department of Civil Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
2 Department of Applied Engineering, Safety, and Technology, Millersville University, Osburn Hall, PO Box 1002, 40 East Frederick Street, Millersville, PA, 17551, USA
چکیده [English]

This study deals with the development of an environmentally sustainable roller compacted concrete (RCC). Response surface methodology (RSM) has been used to design and optimize the mixtures. The variables used were; high volume fly ash (HVFA) at 50%, 60%, and 70% replacement by volume; crumb rubber at 10%, 20%, and 30% replacement by volume of fine aggregate; nano silica at 0%, 1%, and 2% addition by weight of cementitious materials. Multi-objective optimization was carried out to determine the optimized mixtures by maximizing the 28 days compressive, flexural and splitting tensile strength. An optimized HVFA RCC mix can be achieved by partially replacing 10% fine aggregate with crumb rubber by volume, replacing 53.72% of cement with fly ash by volume, and the addition of 1.22% nano silica by weight of cementitious materials. To further study the effect of crumb rubber and nano silica on the properties of HVFA RCC, new mixtures were prepared using a constant fly ash content as replacement to cement (50%) and varying the percentage replacement of fine aggregates with crumb rubber (at 0%, 10%, 20%, and 30%), and the percentage addition of nano silica at (0%, 1%, 2%, and 3%). Compared to conventional RCC pavement, HVFA RCC exhibited lower fresh density, Vebe time, compressive strength, splitting tensile strength and flexural strength compared to conventional (control) RCC pavement. However, at after 1 year, HVFA RCC pavement shows higher compressive strength than the conventional (control) RCC pavement. Partially replacing fine aggregate with crumb rubber leads to a reduction in fresh density, Vebe time, compressive strength, flexural strength and splitting tensile strength. The addition of nano silica increases the Vebe time, fresh density, compressive strength, flexural strength, splitting and tensile strength of HVFA RCC.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • RCC
  • Fly ash
  • nano silica
  • Compressive strength
  • tensile strength
  • Flexural Strength
  • response surface method

1-  درصد خطای صحت سنجی مدلها کمتر از 5% بوده که بیانگر پذیرش مدلهای برازش شده می باشد.

2-  مخلوط بهینه بتن غلتکی مطالعه شده، حاوی 72/53 % خاکستر بادی، 10% خرده لاستیک بازیافتی و 22/1 % نانو سیلیس گزارش گردید. 

3-  افزودن خرده لاستیک بازیافتی و خاکستر بادی به نمونه­های بتن غلتکی باعث کاهش مقاومت مخلوط بتن غلتکی گردید.

4-  بکارگیری نانو سیلیس باعث بهبود مشخصات مکانیکی مخلوط بتن غلتکی گردید و برای بهینه سازی مصرف مصالح بازیافتی در بتن قابل استفاده خواهد بود.

-Adamu, M., Mohammed, B.S. & Shafiq, N., (2017), "Flexural performance of nano silica modified roller compacted rubbercrete". International Journal of Advanced and Applied Sciences, 4 (9), pp.6-18.

-(1992), "Standard practice for selecting proportions for roller compacted concrete (rcc) pavement mixtures using soil compaction concepts". Department of the Army, Corps of Engineers Washington, DC.

-Fuhrman, R.L., (2000), "Engineering and design roller compacted concrete, department of the army us army corps of engineers". US Department of the Army, Corps of Engineers, Washington DC, USA.

-Juenger, M.C. & Siddique, R., )2015(, “Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete”. Cement and Concrete Research, 78, pp.71-80.

-Karahan, O., Özbay, E., Hossain, K., Lachemi, M. & Atiş, C.D., (2012), “Fresh, mechanical, transport, and durability properties of
self-consolidating rubberized concrete. ACI Materials Journal, 109.

-Mardani-Aghabaglou, A., Andiç-Çakir, Ö. & Ramyar, K., (2013), "­Freeze–thaw resistance and transport properties of high-volume fly ash roller compacted concrete designed by maximum density method”. Cement and Concrete Composites, 37, pp.259-266.

-Moghaddam, T.B., Karim, M.R. & Abdelaziz, M., (2011), “A review on fatigue and rutting performance of asphalt mixes”. Scientific Research and Essays, 6 (4), pp.670-682.

-Mohammed, B.S. & Adamu, M., (2018), “Mechanical performance of roller compacted concrete pavement containing crumb rubber and nano silica”. Construction and Building Materials, 159, pp.234-251.

-Monteiro, P., (2006), “Concrete: Microstructure, properties, and materials: McGraw-Hill Publishing.

Montgomery, D.C., (2017), “Design and analysis of experiments: John wiley & sons”.

-Norhasri, M.M., Hamidah, M. & Fadzil, A.M., (2017), “Applications of using nano material in concrete: A review. Construction and Building Materials”, 133, pp.91-97.

-Rao, S.K., Sravana, P. & Rao, T.C., (2016a), “Experimental studies in ultrasonic pulse velocity of roller compacted concrete pavement containing fly ash and m-sand”. International Journal of Pavement Research and Technology, 9 (4), pp.289-301.

-Rao, S.K., Sravana, P. & Rao, T.C., (2016b), “Investigating the effect of m-sand on abrasion resistance of fly ash roller compacted concrete (frcc)”. Construction and Building Materials, 118, pp.352-363

-Rashad, A.M., )2016(, “A comprehensive overview about recycling rubber as fine aggregate replacement in traditional cementitious materials”. International Journal of Sustainable Built Environment, 5 (1), pp.46-82.

-Shaikh, F.U. & Supit, S.W., (2015a), Compressive strength and durability properties of high volume fly ash (hvfa) concretes containing ultrafine fly ash (uffa). Construction and building materials, 82, pp.192-205.

-Shaikh, F.U.A. & Supit, S.W., (2015b), “Chloride induced corrosion durability of high volume fly ash concretes containing nano particles”. Construction and Building Materials, 99, pp. 208-225.

-Shoenberger, J. E., (1994), “User's guide: Roller-compacted concrete pavement”.

-Singh, L., Karade, S., Bhattacharyya, S., Yousuf, M. & Ahalawat, S., (2013), “Beneficial role of nanosilica in cement based materials–a review”. Construction and Building Materials, 47, pp.1069-1077.

-Soil, A.C.D.-O. & Rock, (2009), “Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using modified effort
(56,0­ft-lbf/ft3 (2,700 kn-m/m3)) 1: ASTM international”.