اثر سولفات سدیم و یون کلر بر خواص بتن‌های حاوی میکروسیلیس و زئولیت و مقایسه آن با بتن معمولی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی معدن دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) ،قزوین، ایران،

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک سنگ دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک سنگ دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

کاربرد روزافزون بتن و دسترسی آسان به این مصالح سبب شده ‌‌است در محیط‌های متنوعی استفاده شود. سازه‌های بتنی در محیط‌هایی با درصد خورندگی بالا، دچار خسارات‌های غیرقابل جبران می‌شوند. از این‌رو، مطالعه برروی بتن و ارتقای قابلیت‌های آن ‌که در این شرایط مساعد باشد، اهمیت بسزایی دارد. این پژوهش با هدف مطالعه تاثیر شرایط خورندگی ناشی از یون کلر و نمک سولفات سدیم بر روی بتن حاوی ماده افزودنی پودر زئولیت و همچنین میکروسیلیس نسبت به بتن معمولی انجام شده ‌است. پس از ساخت سه نوع بتن شامل بتن معمولی، بتن حاوی پودر زئولیت و بتن حاوی میکروسیلیس، خواص فیزیکی سه نوع بتن شامل تخلخل موثر، درصد افت وزنی، میزان جذب آب و سرعت امواج طولی و همچنین خواص مکانیکی شامل مقاومت فشاری تک‌محوری و مقاومت کششی برزیلی بتن‌ها مورد بررسی قرار گرفته ‌است. بتن‌های پوزولانی با میزان جایگزینی 10 درصد پودر زئولیت و یا میکروسیلیس به جای سیمان بتن به مدت 15 روز در محیط خورنده نمک سولفات سدیم و یون کلر قرار گرفت و نتایج حاصل با شرایط آب غیرخورنده مقایسه شد. نتایج حاصل از این مطالعه داد که بتن‌های حاوی پوزولان میکروسیلیس و یا پودر زئولیت در شرایط محیطی خورنده و غیرخورنده نسبت به بتن معمولی عملکرد بهتری داشتند به نحوی که در نمونه‌های حاوی پوزولان اعم از میکروسیلیس و پودر زئولیت، تخلخل موثر و میزان جذب آب کاهش و سرعت امواج طولی، مقاومت کششی برزیلی و مقاومت فشاری تک محوری نسبت به بتن معمولی افزایش یافته است. در محیط خورنده، کاهش مقاومت کششی برزیلی بتن معمولی، بتن حاوی میکروسیلیس و بتن حاوی زئولیت به ترتیب 07/8، 29/1 و 48/0 درصد و کاهش مقاومت فشاری تک محوری بتن معمولی، بتن حاوی میکروسیلیس و بتن حاوی زئولیت به ترتیب 20/15، 23/3 و 22/1 درصد نسبت به شرایط آب غیرخورنده است. نتایج آزمایش حاکی از آن است که عملکرد بتن حاوی زئولیت در شرایط خورنده و غیرخورنده از سایر بتن‌ها بهتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of sodium sulfate and chlorine ion on the properties of concrete containing micro-silica, concrete containing zeolite powder and its comparison with ordinary concrete

نویسندگان [English]

  • Mehdi Hosseini 1
  • Alireza Dolatshahi 2
  • Esmaeel Ramezani 3
1 Imam Khomeini international university
2 Dept. Mining Engineering,, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
3 Imam Khomeini international university
چکیده [English]

The increasing use of concrete and easy access to these materials has led to its use in a variety of environments. Concrete structures in areas with high corrosion rates cause irreparable damages. Therefore, studying concrete and improving its capabilities, which is favorable in these conditions, is very important. In this study, the effect of corrosion conditions caused by chlorine ion and sodium sulfate salt on concrete containing zeolite powder and micro silica as an alternative to the weight percentage of concrete cement has been investigated. In this study, after creating three types of ordinary concrete, concrete containing zeolite powder and concrete containing micro-silica, physical properties of concrete including effective porosity, weight loss percentage, water absorption, and longitudinal wave velocity, as well as mechanical properties including uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength concrete has only been studied. In this study, pozzolanic concrete with a percentage of replacing 10% of zeolite powder or micro-silica instead of cement; Sodium sulfate and chlorine ion were set in a corrosive medium for 15 days, and the results were compared with non-corrosive water conditions. The results of this study show that concretes containing pozzolanic micro-silica or zeolite powder performed better in corrosive and non-corrosive environmental conditions than ordinary concrete. In samples containing pozzolans including micro-silica and zeolite powder with effective porosity, water absorption decreased, and longitudinal wave velocity, tensile and compressive strength increased compared to ordinary concrete. Also, in the presence of corrosive water conditions containing chlorine ion and sodium sulfate salt, concrete containing zeolite powder had the best performance compared to the two types of ordinary concrete and concrete containing micro-silica.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete
  • Micro-silica
  • Zeolite Powder
  • Physical and Mechanical Properties
  • Corrosive conditions
Niş, A., & Çevik, A. (2022). “Seawater resistance of alkali-activated concrete”. In Handbook of Advances in Alkali-Activated Concrete (pp. 451-469). Woodhead Publishing. ## Bazli, M., Zhao, X. L., Bai, Y., Raman, R. S., Al-Saadi, S., & Haque, A. (2020). “Durability of pultruded GFRP tubes subjected to seawater sea sand concrete and seawater environments”. Construction and Building Materials, 245, 118399. ## Bellezze, T., Malavolta, M., Quaranta, A., Ruffini, N., & Roventi, G. (2006). “Corrosion behaviour in concrete of three differently galvanized steel bars”. Cement and Concrete Composites, 28(3), 246-255. ## Ngugi, H. N., Mutuku, R. N., & Gariy, Z. A. (2014). “Effects of sand quality on compressive strength of concrete: A case of Nairobi County and its environs”, Kenya. Open Journal of Civil Engineering, 4, 255-273. ## Hassan, I. H., Abdul-Kareem, O. M., & Shihab, A. Y. (2014). “Effect of using well water as mixing water in concrete”. Al-Rafidain Eng J, 22(5), 17-28. ## Ramezanianpour, A. A., & Malhotra, V. M. (1995). “Effect of curing on the compressive strength, resistance to chloride-ion penetration and porosity of concretes incorporating slag, fly ash or silica fume”. Cement and concrete composites, 17(2), 125-133. ## Lekha, K., & Vanreyk, A. J. (2017). “Zeolite Addition on Concrete Sustainability-a Review”. Int. J. Adv. Res. Innov. Ideas Educ, 3(2), 5578-5582.‏ ## Markiv, T., Sobol, K., Franus, M., & Franus, W. (2016). “Mechanical and durability properties of concretes incorporating natural zeolite”. Archives of civil and mechanical engineering, 16(4), 554-562. ##‏ رمضانیان‌پور، علی اکبر؛ پیدایش، منصور (1394) ، «بتن در محیط دریایی»، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، 197-199. ## Mazloom, M., Ramezanianpour, A. A., & Brooks, J. J. (2004). “Effect of silica fume on mechanical properties of high-strength concrete”. Cement and Concrete Composites, 26(4), 347-357.‏ ## Saad, M., Abo-El-Enein, S. A., Hanna, G. B., & Kotkata, M. F. (1996). “Effect of temperature on physical and mechanical properties of concrete containing silica fume”. Cement and concrete research, 26(5), 669-675.‏ ## Deshmukh, S. H., Bhusari, J. P., & Zende, A. M. (2012). “Effect of glass fibers on ordinary Portland cement concrete”. IOSR journal of engineering, 2(6), 1308-1312.‏ ## Zhang, J., Yang, J., & Ying, Z. (2020). “Study on Mechanical Properties of Metakaolin-Based Concretes and Corrosion of Carbon Steel Reinforcement in 3.5% NaCl”. Int. J. Electrochem. Sci, 15, 2883-2893. ## Wankhede, P. R., & Fulari, V. A. (2014). “Effect of fly ash on properties of concrete”. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 4(7), 284-289. ## Usman, A., Sutanto, M. H., & Napiah, M. (2018). “Effect of recycled plastic in mortar and concrete and the application of gamma irradiation-a review”. In E3S Web of Conferences (Vol. 65, p. 05027). EDP Sciences.‏ ## علی‌اکبرزاده، محمدرضا؛کریمی‌نسب، سعید؛ جلالی‌فر، حسین؛ بهاالدینی، مجتبی. (1400). «بررسی تاثیر الیاف پلیمری نوع KWB و KB ساخت شرکت نانونخ سیرجان بر خواص مکانیکی بتن ریزدانه»، نشریه مهندسی معدن ایران 16 (50)،15-26. ## Mahdikhani, M., Bamshad, O., & Shirvani, M. F. (2018). “Mechanical properties and durability of concrete specimens containing nano silica in sulfuric acid rain condition”. Construction and building materials, 167, 929-935.‏ ## Hosseini, M., Dolatshahi, A., Ramezani, E. (2022). “Effect of Acid Rain on Physical and Mechanical Properties of Concrete Containing Micro-Silica and Limestone Powder”. Journal of Mining and Environment, 13(1), 185-200. ## Ye, H., Jin, X., Fu, C., Jin, N., Xu, Y., & Huang, T. (2016). “Chloride penetration in concrete exposed to cyclic drying-wetting and carbonation”. Construction and Building Materials, 112, 457-463.‏ ## Ramezanianpour, A. M., & Hooton, R. D. (2013). “Thaumasite sulfate attack in Portland and Portland-limestone cement mortars exposed to sulfate solution”. Construction and Building Materials, 40, 162-173.‏ ## Chalah, L., & Talah, A. (2022). “Permeability of High-Performance Fiber Reinforced Concrete Immersed in High Concentration Sodium Chloride Solution”. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 66(2), 541-552. ## سازمان ملی استاندارد ایران، (1394). «سنگدانه های بتن- ویژگی ها»، استاندارد شماره 302. ## Zahiri, F., & Eskandari-Naddaf, H. (2019). “Optimizing the compressive strength of concrete containing micro-silica, nano-silica, and polypropylene fibers using extreme vertices mixture design”. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 13(4), 821-830. ## Zareei, S. A., Ameri, F., Shoaei, P., & Bahrami, N. (2019). “Recycled ceramic waste high strength concrete containing wollastonite particles and micro-silica: A comprehensive experimental study”. Construction and Building Materials, 201, 11-32. ## Ramesh, B. A., & Kondraivendhan, B. (2020). “Effect of accelerated carbonation on the performance of concrete containing natural zeolite”. Journal of Materials in Civil Engineering, 32(4), 04020037.## ISRM (1979). “Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials”, Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 16, 138–140.## سازمان ملی استاندارد ایران، (1392). «اتاق اختلاط، محفظه رطوبت، اتاق رطوبت و حوضچه‌های آب مورد استفاده در آزمون سیمان هیدرولیکی و بتن‌ها»، استاندارد شماره 17040. ## ISRM (1978). “Suggested methods for determining tensile strength of rock materials”, Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 15, 99–103. ## محمودی، امین؛ افشین، حسن؛ حکیم‌زاده، حبیب؛ جلالی وحید، داود. (1388). «بررسی دوام بتن مسلح در محیط دریایی خورنده شدید بر حسب موقعیت قرارگیری بتن نسبت به تراز آب‌دریا». نشریه علمی- پژوهشی مهندسی دریا5 (10)، 77-87. ## ISRM (1979). "Suggested method for determining water content, porosity, density, absorption and related prop/erties, and swelling and slake durability index properties", Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 16, 141–156. ## Basnett, A., Sharma, P., Krishnaraj, L., & Ravichandran, P. T. (2020, August). “Characterization of zeolite influence to improve the performance of concrete”. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 912, No. 6, p. 062054). IOP Publishing. ## Patil, J., & Pendharkar, U. (2016). “Study of effect of nanomaterials as cement replacement on physical properties of concrete”. Int. Res. J. Eng. Technol, 3, 300-308. ## سعیدی رضوی، بهزاد؛ روحانی، سیدمحمد؛ شیری، مجتبی و مهدی‌خانی، بهزاد. (1399(. «تاثیر زئولیت بر مقاومت تراکمی، نفوذپذیری و مقاومت در برابر حملات یون کلر در بتن»، نشریه انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران 13 (3)، 35-49. ## Gren, W., Parker, S. C., Slater, B., & Lewis, D. W. (2010). “Structure of zeolite A (LTA) surfaces and the zeolite A/water interface”. The Journal of Physical Chemistry C, 114(21), 9739-9747.‏ ## ISRM (1978). “Suggested methods for determining sound velocity”, Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 15, 53–58. ## حسینی، مهدی. (1386) «مقدمه‌ای بر مکانیک سنگ»، انتشارات ایده گستر، قم، 10-25. ## Li, X., He, J., Meng, M., Yoneyama, Y., & Tsubaki, N. (2009). “One-step synthesis of H–β zeolite-enwrapped Co/Al2O3 Fischer–Tropsch catalyst with high spatial selectivity”. Journal of Catalysis, 265(1), 26-34. ## Yang, S., Vlessidis, A. G., & Evmiridis, N. P. (1997). “Synthesis of zeolites in the system Na2O-SiO2-Al2O3-H2O-glycerol”. Microporous materials, 9(5-6), 273-286. ## Nazari, A., & Riahi, S. (2011). “RETRACTED: Al2O3 nanoparticles in concrete and different curing media”. Journal enery and buildings, 43(6), 1480-1488##