استفاده از روش تاگوچی در بهینه‌سازی مخلوط بتن غلتکی(RCC) با افزودنی‌های بازیافتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد ملارد، دانشگاه آزاد اسلامی، ملارد، تهران، ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ملارد، عمران

3 مربی، گروه مهندسی عمران، واحد ملارد، دانشگاه آزاد اسلامی، ملارد، تهران، ایران

چکیده

استفاده از انواع مصالح بازیافتی در بتن غلتکی به تازگی در صنعت ساختمان مورد توجه قرار گرفته است. مشکل عمده استفاده از مصالح بازیافتی در بتن افت مشخصات مکانیکی آن می­باشد. به این ترتیب استفاده از افزودنی­های مختلف جهت بهبود خصوصیات مکانیکی مخلوط­ها به نحوی که اجرایی و مقرون به صرفه باشد، توصیه شده است. در این مقاله از خرده لاستیک بازیافتی در ساخت نمونه­های بتن استفاده شده و تاثیر خاکستر بادی و نانوسیلیس در اصلاح مشخصات مکانیکی بتن مورد بررسی قرار گرفته است. جهت برنامه ساخت نمونه­ها از روش تاگوچی در طراحی آزمایشات استفاده گردیده و بهینه سازی مخلوط نهایی با استفاده از این روش انجام پذیرفته است. در ساخت نمونه­ها از 40%تا 70% خاکستر بادی (جایگزین سیمان)، 0تا 30% خرده لاستیک (جایگزین مصالح سنگی) و 0تا 3 % نانو سیلیس (جایگزین سیمان)  استفاده شده است. همچنین برای طرح آزمایشات از آرایه متعامد L16 و ترکیب سطوح و نسبت S/N بزرگتر بهتر است، استفاده شده است. روش تاگوچی روش مناسبی برای بهینه سازی مخلوط و طرح است و برای تعیین مخلوط بهینه مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از بهینه سازی ماکزیمم سازی مقاومت فشاریو خمشی نمونه است. بایستی در نظر داشت که افزودن خرده لاستیک در بتن باعث کاهش مشخصات مکانیکی مخلوط خواهد شد. جهت دستیابی به مخلوط مناسب و برطرف ساختن افت مشخصات بتن از از نانوسیلیس در ترکیب مخلوطها استفاده شده است.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 به روش تاگوچی تحلیل ها انجام پذیرفته است. در نهایت نتایج حاکی از این بود که میزان بهینه جایگزینی 27% حجمی خرده لاستیک بازیافتی، جایگزینی 50 % سیمان با خاکستر بادی و افزودن 2 % نانوسیلیس در مصالح سیمانی میتواند بیان کننده خصوصیات مخلوط بهینه باشد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Usage of Taguchi Method in RCC Mix Optimization with Waste Materials Incorporations

نویسندگان [English]

  • A. Choubdar 1
  • A. R. Ameli 2
  • S. R. Moafimadani 3
1 Department of Civil Engineering, Malard Branch, Islamic Azad University, Malard, Tehran, Iran.
2 Department of Civil Engineering, Malard Branch, Islamic Azad University, Malard, Tehran, Iran.
3 Department of Civil Engineering, Malard Branch, Islamic Azad University, Malard, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Employing different waste materials in roller compacted concrete (RCC) mixtures has fascinated investigators recently. The main interception of utilizing wastes in concrete is its engineering properties loss. As a result, using additives has been suggested to modify mechanical properties of mixes efficiently and economically. In present research, waste crumb rubber has been used for fabricating specimens and the influence of nano-silica and fly ash incorporation was assessed. Design of experiments was programed using Taguchi method and mix design was optimized accordingly. A 40 % to 70% fly ash content (by the weight of cement and replacement), 0 to 30% crumb rubber content (by the weight of fine aggregates and replacement) and 0 to 3% nano-silica content (by the weight of cement and replacement) were incorporated in the RCC mixtures. Moreover, L16 orthogonal array with a mixed-level design and signal-to-noise (S/N) of larger is the better was used for design of experiments. The Taguchi method is a proper way for mix optimization and determining precise percent of components in mix design. The main objective is RCC strength optimization based on RCC structural limitations. It is noteworthy that crumb rubber incorporation in concrete precedes mechanical loss of mixture. To gain proper mix design with great engineering properties and to obscure mechanical loss nano-silica powder was employed in mix combinations. The final results of compressive, flexural and splitting strength of mixtures tested after 28 days curing in laboratory were maximized with Taguchi method. Finally, the results reviled that the mix with 27% crumb rubber (by mix volume), 50% fly ash (by weight of cement) and 2% nano-silica (by weight of cement) incorporations, should be considered as optimal mix.      

کلیدواژه‌ها [English]

  • Roller compacted concrete
  • Compressive strength
  • nano-silica
  • Fly ash
  • crumb rubber
  • Taguchi Optimization Method

-رامی، ش.ز.ف.ا.ز.، (1390)، "بررسی میزان نفوذپذیری بتن غلتکی و مقایسه آن با دیگر خصوصیات بتن"، ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، (دانشگاه سمنان).

 

 

-صادق، ا.، (1386)، "مطالعه رفتار مکانیکی بتن غلتکی با مصالح ریزدانه غیرخمیری برای کاربرد در روسازی­های بتنی".

 

-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.

 

 

 

-Amirkhanian, S., (1997), "Utilization of waste materials in highway industry: A literature review. Journal of solid waste technology and management", 24 (2),
pp.94-103.

 

 

 

 

-Association, P.C., (1987), "Structural design of roller-compacted concrete for industrial pavements: Portland Cement Association".

 

 

 

-Committee, A., (2001), Comittee 3. 25 -95. Report on Roller-Compacted Concrete Pavements.

 

 

 

-Eldin, N.N. & Senouci, A.B., (1993), "Rubber-tire particles as concrete aggregate". Journal of materials in civil engineering, 5 (4), pp.478-496.

 

 

-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, USA2000.

 

-Güneyisi, E., Gesoğlu, M. & Özturan, T., (2004), "Properties of rubberized concretes containing silica fume". Cement and Concrete Research, 34 (12), pp.2309-2317.

 

 

-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.

 

 

-Li, G., Stubblefield, M.A., Garrick, G., Eggers, J., Abadie, C. & Huang, B., (2004), "Development of waste tire modified concrete". Cement and Concrete Research, 34 (12), pp.2283-2289.

 

 

-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.

 

-Mohammadi, I., Khabbaz, H. & Vessalas, K., (2014), "In-depth assessment of crumb rubber concrete (crc) prepared by water-soaking treatment method for rigid pavements". Construction and Building Materials, 71, pp.456-471.

 

 

-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.

 

 

-Nuruddin, M. & Bayuaji, R., (2009), "Application of taguchi’s approach in the optimization of mix proportion for microwave incinerated rice husk ash foamed concrete. IJCEE, 9, pp.121-129.

 

 

-Rao, S.K., Sravana, P. & Rao, T.C., (2016), "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.

 

 

-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.

 

 

-Reyhani, A., Rekabdar, F., Hemmati, M., Safekordi, A.A. & Ahmadi, M., (2013), "Optimization of conditions in ultrafiltration treatment of produced water by polymeric membrane using taguchi approach". Desalination and Water Treatment, 51
(40-42), pp.7499-7508.

 

 

-Shaikh, F., Supit, S. & Sarker, P., (2014), "A study on the effect of nano silica on compressive strength of high volume fly ash mortars and concretes". Materials & Design, 60, pp.433-442.

 

 

-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 (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kn-m/m3)) 1: ASTM international.

 

 

Supit, S.W.M. & Shaikh, F.U.A., (2015), "Durability properties of high volume fly ash concrete containing nano-silica. Materials and structures, 48 (8), pp.2431-2445.

 

 

-Taguchi, G., Chowdhury, S. & Taguchi, S., (2000), "Robust engineering: McGraw-Hill Professional."

 

 

-Yerramala, A. & Babu, K.G., (2011), "Transport properties of high volume fly ash roller compacted concrete. Cement and Concrete composites, 33 (10), pp.1057-1062.