فهرست مطالب

نشریه مصالح و سازه های بتنی
سال هفتم شماره 2 (پیاپی 14، پاییز و زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/12
  • تعداد عناوین: 12
|
  • بابک احمدی*، فرهاد عواطفی هویدا، امیرهمایون ثابتی مطلق، محمد جواد محمدی، محسن فرخی، ابوالفضل وثوقی، بابک فروتن مهر صفحات 5-18
    با توجه به چالش های اجرا در شرایط آب وهوایی مختلف در تولید صنعتی بتن خودتراکم به صورت بتن آماده، لازم است شرایطی در ساخت، حمل و بتن ریزی در نظر گرفته شود تا خواص مطلوب کارایی، مکانیکی و دوام برآورده شود. افت روانی ناشی از مشکلات اجرایی می تواند با تراکم و جایگیری نامناسب بتن خودتراکم منجر به عدم دستیابی به مقاومت و دوام مطلوب شود. در این تحقیق، با جایگزینی های صفر، 10، 30 و 60% از آب آزاد مخلوط با یخ، پس از گذشت 110 دقیقه از شروع ساخت، تاثیر کاهش دمای بتن تازه به مقادیر تقریبا 1، 3 و 12 درجه سلسیوس نسبت به طرح مخلوط شاهد بر مقدار فوق روان کننده و خواص بتن بررسی شد. کاهش دمای بتن تازه علاوه بر حفظ روانی بتن خودتراکم، باعث کاهش مقدار فوق روان کننده تا 4/62% و برآیند کاهش آن با افزایش مقدار یخ، باعث افزایش حداکثر 4/5% هزینه نهایی تولید گردید. به-طورکلی، کاهش دمای بتن تازه باعث بهبود خواص ریولوژی بتن خودتراکم شد. در خواص بتن سخت شده، به جز افزایش تقریبا 17% جذب آب در جایگزینی 60% یخ، استفاده از یخ منجر به تغییر قابل توجه در نتایج مقاومت فشاری، جذب آب و مقاومت الکتریکی بتن خودتراکم نسبت به طرح مخلوط شاهد نشد.
    کلیدواژگان: بتن خودتراکم، دمای بتن تازه، یخ، فوق روان کننده، خواص بتن
  • مقایسه آزمایشگاهی رفتار برشی تیرهای بتن آرمه معمولی و الیافی با خاموت گذاری مارپیچ پیوسته مستطیلی
    مرتضی دهقان، علی خیرالدین، محمدکاظم شربتدار* صفحات 19-36
    بطور کلی تقویت برشی تیرهای بتن مسلح، توسط خاموت های بسته منفرد صورت می پذیرد. جایگزین کردن خاموت منفرد با خاموتهای مارپیچ پیوسته مستطیلی می تواند ضمن کاهش هزینه ها، سرعت اجرا را نیز افزایش دهد. از طرفی استفاده از بتن های الیافی در سازه های بتنی به علت دارا بودن خصوصیات منحصر به فرد، رو به گسترش می‏باشد. یکی از روش های غلبه بر ضعف های کششی و برشی بتن، مسلح کردن بتن به الیاف می باشد. در این مقاله جایگزینی خاموت های بسته منفرد با آرماتورهای مارپیچی پیوسته مستطیلی در تیرهای بتنی و بتن الیافی فولادی (SFRC) به طور آزمایشگاهی با آزمایش سه تیر تحت بارگذاری استاتیکی مورد بررسی قرار گرفته است. تیر اول با خاموت گذاری بسته منفرد و بتن معمولی (ST-NC) به عنوان تیر مرجع و دو تیر دیگر با خاموت گذاری مارپیچ پیوسته مستطیلی با بتن معمولی (SP-NC) و بتن الیافی فولادی به میزان 0.75 درصد حجمی (SP-F0.75)، می باشند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که مقاومت برشی ، جذب انرژی و شکل پذیری تیر با خاموت گذاری مارپیچ با بتن الیافی نسبت به تیر بتن معمولی مشابه خود و تیر مرجع بهبود یافته ا ست. تیرهای با آرماتورهای مارپیچ مستطیلی پیوسته با بتن معمولی و بتن الیافی به ترتیب 23.8 و 46.5 درصد افزایش ظرفیت برشی را نسبت به تیر مرجع نشان دادند. همچنین، در تیرهای SP-NC و SP-F0.75 جذب انرژی به ترتیب 69 و 158 درصد نسبت به تیر مرجع افزایش یافته است. شکل پذیری تیر تقویت شده مارپیچی با بتن معمولی و بتن الیافی به ترتیب 0.87 و 1.17 برابر تیر کنترلی می باشد. نتایج بیانگر کاهش شکل پذیری تیر SP-NC نسبت به تیر کنترلی می باشد که با افزودن 0.75 درصد حجمی الیاف به بتن، ضعف شکل پذیری در تیر SP-NC رفع می گردد. این نتایج مزایای استفاده از خاموت گذاری مارپیچی در تیرهای ساخته شده با بتن الیافی پیشنهاد شده در این مقاله را اثبات می کند.
    کلیدواژگان: خاموت مارپیچ پیوسته مستطیلی، بتن الیافی فولادی (SFRC)، مقاومت برشی، جذب انرژی، شکل پذیری
  • محمدعلی هندویان، سید روح الله حسینی واعظ*، محمدجواد حاجی مزدارانی صفحات 37-61

    رفتار غیرخطی ستون های بتن آرمه تحت بارهای چرخه ای، سبب کاهش امکان استفاده از روش های تحلیل کلاسیک در بررسی ظرفیت تغییرشکل آن ها می گردد. مدل های ریاضی تحلیلی مبتنی بر مفاهیم پایه و اصول مکانیک سازه و یا مدل های تجربی آماری مبتنی بر رگرسیون غیرخطی، عموما فاقد دقت و سرعت کافی در پاسخ گویی به این گونه مسایل می باشند. محاسبات نرم امکان پاسخ گویی به مسایل پیچیده در شرایط عدم قطعیت را با دقت قابل قبول دارد. هدف اصلی این تحقیق، بررسی امکان استفاده از محاسبات نرم در بررسی ظرفیت تغییرشکل ستون های بتن آرمه با استفاده از داده های آزمایشگاهی جمع آوری شده می باشد. به این منظور با استفاده از سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی و شبکه های عصبی مصنوعی، چهار مدل ارایه می گردد که مراحل آزمایش آن ها با استفاده از داده های بیش از 100 نمونه ستون بتن آرمه که از بانک اطلاعاتی مرکز تحقیقات مهندسی زلزله وابسته به دانشگاه واشنگتن انتخاب شده، صورت گرفته است. متغیرهای اصلی هندسی و مکانیکی موثر بر تغییرشکل جانبی ستون به عنوان ورودی های مدل تعریف گردیده اند. تغییرمکان های جانبی متناظر خرد شدن پوشش بتنی ستون و کاهش بیست درصدی مقاومت جانبی ستون به عنوان خرابی های خمشی و خروجی مدل ها مورد استفاده قرار گرفته اند. دو مدل با الگوریتم انفیس و دو مدل به روش پرسپترون چندلایه کدنویسی شده اند. مقایسه ی مقادیر خطای دو مدل انفیس نسبت به دو مدل پرسپترون چندلایه نشان دهنده قابلیت مناسب انفیس در پیش بینی رفتار ستون های بتن آرمه تحت بار جانبی چرخه ای می باشد.

    کلیدواژگان: محاسبات نرم، ستون بتن آرمه، ظرفیت تغییرشکل جانبی، پرسپترون چندلایه، سیستم استنتاج فازی عصبی
  • دانیال قاسمی، علیرضا باقری*، امیرحسین عبدلی صفحات 62-80
    پارامتر های ریولوژی بتن شامل تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک، روی سهولت پمپ پذیری و جلوگیری از افزایش فشار پمپ، تاثیر عمده ای دارند. در تحقیق حاضر، تاثیر دمای مخلوط های با و بدون فوق روانساز روی قابلیت پمپ پذیری، از طریق بررسی آزمایشگاهی تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک مخلوط ها در 3 دمای 10، 20 و 30 درجه سانتیگراد، مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه بر بررسی اثر دمای مخلوط بلافاصله پس از ساخت، تغییرات زمانی این پارامترها نیز در سه دمای ذکر شده، مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج، نشانگر این است که برای مخلوط های بدون فوق روانساز، افزایش دما باعث افزایش تنش تسلیم می گردد. همچنین روند افزایش تنش تسلیم در دمای بالاتر، بیشتر از دماهای پایین تر بود. به لحاظ ویسکوزیته پلاستیک، مخلوط با دمای کمتر، دارای بیشترین مقدار ویسکوزیته پلاستیک بود. در عین حال، روند افزایش ویسکوزیته پلاستیک در طی زمان، برای مخلوط های با دمای بالاتر، سریع تر رخ داد. محاسبه فشار پمپ بر مبنای پارامترهای ریولوژی، نشانگر این است که دمای بالاتر اثر محسوسی روی قابلیت پمپ پذیری در زمانهای اولیه پس از ساخت مخلوط نداشته است. لیکن با گذشت زمان، قابلیت پمپ پذیری مخلوط با دمای بالاتر، کاهش یافته و مستلزم فشار پمپ بیشتری خواهد بود. بر اساس نتایج حاصله برای مخلوط های حاوی فوق روانساز، دمای بالاتر مخلوط، باعث کاهش فشار پمپ در زمان های اولیه پس از ساخت می شود. لیکن با گذشت زمان، به تدریج این مزیت را از دست داده و عملکرد ضعیف تری در مقایسه با مخلوط های با دمای پایین تر خواهد داشت.
    کلیدواژگان: بتن تازه، دمای بتن، پمپ پذیری بتن، رئومتر
  • پرهام حیاتی*، وحید طاهری صفحات 81-95
    در توقفگاه های هواپیما (اپرون) که بارگذاری عمدتا" از نوع ایستایی است، از روسازی بتنی استفاده میشود. مشکلی که این نوع روسازی دارد هزینه زیاد تعمیرو نگهداری و بروز اختلال در ترافیک هواپیماها در زمان انجام تعمیرات است. به همین دلیل میتوان از روسازی بتنی بلوکی با مزیت هایی مانند اجرا و ترمیم آسان بدون نیاز به عمل آوری استفاده نمود. یکی از چالش های طراحی روسازی بتنی بلوکی میزان تاثیر CBR خاک بستر در پایداری آن در مقابل تغییر شکل های ماندگار است. به همین منظور در این تحقیق ، اقدام به مدلسازی با نرم افزار آباکوس و اجرای یک نمونه به مساحت 4 متر مربع، مطابق ضوابط سازمان هوانوردی فدرال و انجام بارگذاری صفحه(PLT) گردید. این مدل شامل لایه های خاک بستر، زیر اساس، اساس، اساس سیمانی و بلوک های بتنی 8 سانتیمتری بود. تحلیل حساسیت نشان داد با افزایش CBR خاک بستر از 2 به 10تغییر مکان قایم بیش از 12% و با CBR های 10 و بالاتر ، کمتر از 4% کاهش می یابد. نتیجه آن که به دلیل وجود اساس سیمانی استفاده از خاک بستر متراکم با CBR بیشتر از 10 تاثیر چندانی در افزایش مقاومت این نوع روسازی در برابر تغییر شکل قایم ندارد.
    کلیدواژگان: روسازی بتنی بلوکی، اپرون فرودگاه، اساس سیمانی، CBR، PLT
  • امیرحسین بازایی*، محمدجواد همایون، روزبه آقامجیدی، بابک منصوری صفحات 96-116

    اساسا بتن با وزن مخصوص حدود 5/1 تا 5/2 برابر بتن معمولی بتن سنگین تلقی می شود. برای ساخت بتن سنگین از مصالحی با وزن مخصوص بالا به جای بخشی از سنگدانه در بتن استفاده می شود. بتن سنگین به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشعات به کار می رود و اصولا در سازه تاسیسات اتمی و یا بیمارستان ها مورد استفاده قرار می گیرد. ایلمنیت یک نوع ماده معدنی است که بعنوان زباله معدنی هم از آن یاد می شود. ایلمنیت بطور مستقیم از معدن تیتانیوم استخراج می گردد و به وفور در ایران یافت می شود. در این تحقیق برای ساخت بتن سنگین از ایلمنیت در نسبت های مختلف حجمی 10%، 20%، 30%، 40% به جای ماسه استفاده شده است. همچنین جهت افزایش کیفیت و دوام بتن در برابر چرخه ذوب و انجماد از ژل نانو سیلیس به میزان 1% وزنی سیمان استفاده شده است. آزمایشات انجام شده در این تحقیق شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی، جذب آب اولیه و ثانویه، تعیین دوام ذوب و انجماد مطابق با استاندارد ASTM-C666 می باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که حداقل افزودن 20% ایلمنیت به جای ماسه در بتن، باعث قرار گیری وزن مخصوص بتن سنگین در زمره ضوابط آیین نامه ای خواهد شد. همچنین افزودن 30% حجمی ایلمنیت به جای ماسه، تا 33% میزان مقاومت فشاری نهایی (90روزه) را افزایش خواهد داد. در نهایت افزودن ژل نانو سیلیس در ترکیب بتن سنگین باعث گردید تا رفتار بتن در برابر چرخه ذوب و انجماد از پایداری مطلوبی برخوردار گردد.

    کلیدواژگان: بتن سنگین، دوام یخ زدگی، ایلمنیت، اکسید تیتانیوم، ژل نانو سیلیس
  • سحر مهدی نیا، محمدرضا توکلی زاده*، مهدی احمدی جلایر صفحات 117-130

    نقش نرمی سیمان در روند هیدراتاسیون و رشد مقاومت فشاری در سنین پایین مواد پایه سیمانی غیرقابل انکار است؛ بر این اساس می طلبد که اثر آن در مدل های پیش بینی مورد بررسی قرار گیرد. از این رو، در این پژوهش یک بررسی گسترده شامل 640 ترکیب سیمان (1920 آزمونه ملات سیمان) از محصولات کارخانه سیمان با درصدهای مختلف مواد خام ورودی به کوره سیمان انجام شد. مواد خام اولیه شامل اکسیدهای سیلیس، آلومینیوم، آهن، کلسیم، منیزیم، گوگرد، پتاسیم و سدیم برای پیش بینی مقاومت فشاری 7 روزه ملات استاندارد سیمان با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی (ANN) در نظر گرفته شد. نرمی پودر سیمان مورد استفاده در این نمونه ها به عنوان یک عامل اثرگذار نیز مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، دو مدل در دو حالت با و بدون در نظر گرفتن نرمی سیمان در پارامترهای ورودی به کار گرفته شد. پس از بررسی نتایج به دست آمده می توان مشاهده کرد که مدلANN با در نظر گرفتن نرمی سیمان عملکرد مناسب تری نسبت به مدل دیگر دارد. یافته های این پژوهش برای پیش بینی مقاومت فشاری سیمان تولیدی در کارخانه ها می تواند هزینه های آزمایشگاهی مربوطه را به شدت کاهش دهد.

    کلیدواژگان: مقاومت فشاری، ملات استاندارد سیمان، شبکه عصبی مصنوعی، نرمی سیمان، مواد خام
  • مهندس علی اکبر کفاش بازاری*، مهدی چینی، زیور نیک فال صفحات 131-143
    سهم فازها و کیفیت شکل گیری بلورهای کلینکر تاثیر بسزایی بر عملکرد سیمان و بتن حاصل از آن دارد؛ حال آنکه تولیدکنندگان سیمان و بتن غالبا ارزیابی خود برای آنالیز شیمی یا XRF و مقادیر فازها به کمک روابط بوگ پایه گذاری می نمایند. از این رو در این مطالعه گسترده کاربردی، به ردیابی ارتباط نتایج مطالعات میکروسکوپی با مشخصات فنی سیمان و عملکرد آن در بتن پرداخته شده است. در مرحله اول تعداد یکصد نمونه کلینکر پرتلند نوع2 از سیمان تهران تهیه شدند و بر روی آنها مطالعات میکروسکوپی و آنالیز شیمیایی انجام گردید. کلیه نمونه های کلینکر در آسیای صنعتی سایش گردید و بر روی نمونه های سیمان آزمایش های فیزیکی و مکانیکی انجام گرفت. سپس مخلوطهای بتن آزمایشگاهی ساخته شدند تا مشخصات فنی سیمان و عملکرد آنها در بتن ارزیابی گردد. بر اساس نتایج این عملیات آزمایشگاهی گسترده، بطور نوآورانه نتایج میکروسکوپی به صورت کمی (عددی) جمع بندی شد و ارتباط بین شاخص های میکروسکوپی و خصیصه های مخلوطهای بتن مشاهده و روابط آن ارایه گردید.
    کلیدواژگان: کلینکر، سیمان، میکروسکوپی، بتن
  • امیرحسین بازایی*، حیدر علی دادی طسوجی، محمودرضا گلشن، روزبه آقامجیدی صفحات 144-173
    ستون های کوتاه در مقایسه با ستون های معمولی به دلیل سختی بیشتر، نیروی زلزله بیشتری را جذب می کنند. به همین دلیل ستون های کوتاه در هنگام وقوع زلزله آسیب جدی می بینند و بعضا باعث تخریب کل سازه خواهند شد. وقتی ستون های کوتاه به اندازه ستون های بلند در معرض جابجایی قرار می گیرند، بدلیل جذب انرژی بیشتر شکست برشی و مفصلی در آن ها روی می دهد. در این تحقیق با بهره گیری از نتایج آزمایشگاهی یک ستون کوتاه که تحت اثر بارهای رفت و برگشتی جانبی قرار گرفته، تلاش گردید تا با کمک ورق های فولادی در پوشش الگوهای شکلی مختلف، بهینه ترین حالت آن انتخاب گردد. بدین منظور برای تعیین اثر مقاوم سازی بر روی ستون کوتاه نیز از شش حالت مختلف نصب کاور فولادی پیشنهادی در نرم افزار آباکوس برای تحلیل اجزا محدود استفاده شد. در ادامه ستون کوتاه مورد مطالعه، تحت بارگذاری چرخه ای رفت و برگشتی مطابق با الگوی استاندارد قرار گرفته شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تقویت ستون کوتاه با ورق فولادی یکپارچه قادر است تا 49% مقاومت لرزه ای ستون را افزایش دهد اما بهینه ترین روش مقاوم سازی از نظر مقاومت و حجم فولاد مصرفی، روش تقویتی با الگوی نصب Model-2 می باشد.
    کلیدواژگان: مقاوم سازی، ستون کوتاه، کاور فولادی، هیسترزیس، رفتار لرزه ای
  • اسماعیل محمدی ده چشمه، وحید بروجردیان* صفحات 174-190
    در این تحقیق به بررسی فاصله قرارگیری جاذب های انرژی از میانه دیوار در پایه دیوارهای پایه-گهواره ای مرکزگرا پرداخته شده است. برای این منظور سازه های با تعداد طبقات 4، 8، 12، 16 و 20 طبقه مورد بررسی قرار گرفته شد. رفتار دینامیکی غیرخطی این سازه ها تحت 22 رکورد لرزه ای دور ازگسل، 14 رکورد لرزه ای نزدیک گسل بدون پالس و 14 رکورد نزدیک گسل دارای پالس مورد بررسی قرار گرفت. مدل ها به صورت دوبعدی در نرم افزار OpenSees مورد بررسی قرار گرفته است. رکوردهای موردنظر در دو سطح DBE و MCE مقیاس شده و به سازه اعمال می‎شوند. نتایج نشان داد که تغییر محل جاذب های انرژی می تواند در تغییر مقادیر تلاش های خمشی و برشی دیوار و نیز پاسخ های دریفت پسماند و شتاب بام موثر باشد. با افزایش فاصله جاذب های انرژی از میانه دیوار می تواند تلاش های خمشی و برشی را در سطح DBE به مقدار 14 و 13 درصد و در سطح MCE به مقدار 19 و 17 درصد به ترتیب کاهش داد. هم چنین مقادیر کاهش لنگر و برش در سازه ها تحت رکوردهای نزدیک گسل دارای پالس و در هر دو سطح خطر لرزه ای نسبت به سایر رکوردها، بیشتر است. در پایان، با افزایش فاصله جاذب های انرژی از میانه دیوار، شتاب های بام کاهش یافته می یابد.
    کلیدواژگان: سیستم مرکزگرا، جاذب انرژی، دیوار پایه-گهواره ای، اثر مودهای بالاتر، تغییرشکل پسماند
  • بهمن شروانی تبار*، مهدی اسدی ملردی صفحات 191-212
    دمای محیطی عمل آوری و مقدار دوده سیلیسی از فاکتورهای تاثیرگذار بر روی مشخصات مکانیکی بتن پودری واکنشی (RPC) می باشند. در این تحقیق تاثیرات دمای محیطی عمل آوری و همچنین تاثیرات مقدار دوده سیلیسی بر روی بتن پودری واکنشی مورد بررسی قرار گرفته است. از دستگاه اتوکلاو استفاده نشده است برای اینکه اینکه بتوان از این بتن ها در محیط های مختلف به صورت بتن ریزی درجا استفاده نمود. نمونه های تهیه شده به صورت غوطه وری در آب عمل آوری شده اند. برای بررسی تاثیرات دمای محیطی عمل آوری، نمونه های ساخته شده از بتن پودری واکنشی در سه حوضچه آب با دماهای C °27، 60 و 80 عمل آوری شده و در سنین 3، 7 و 28 روزه تحت آزمایش های مقاومت فشاری، کششی و خمشی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که دمای محیطی عمل آوری تاثیرات قابل توجهی بر مقاومت اولیه بتن پودری واکنشی دارد، به طوری که در دماهای بالا افزایش مقاومت بیشتر است. در حالت عمل آوری به صورت غوطه وری در آب، می توان گفت که دمایC °60 یک دمای اپتیمم است؛ زیرا دمای C °80 هرچندکه مقاومت های فشاری، کششی و خمشی بالاتری را نشان داده ولی افزایش مقاومت ها نسبت به دمایC °60 خیلی جزیی می باشد. مقاومت فشاری نمونه های عمل آوری شده در حوضچه آب با دمای C °80 نسبت به نمونه های عمل آوری شده در دمای C °27 ، در سنین 3، 7 و 28 روزه به ترتیب 7/43، 5/43 و 9/25 درصد افزایش داشته است؛ همچنین افزایش های مقاومت خمشی در حالت های مذکور متناظرا برابر 5/51، 4/53 و 8/25 درصد می باشد. مشابه همین نتایج در مقاومت کششی نیز مشاهده می شود.در مرحله بعدی برای بررسی تاثیر تغییرات مقدار دوده سیلیسی، پنج طرح اختلاط با مقادیر مختلف دوده سیلیسی ساخته شدند. این مقادیر برحسب درصدی از مجموع موادسیمانی(سیمان+دوده سیلیسی) برابر با 0، 10، 15، 25 و 35 درصد درنظر گرفته شد. نمونه های ساخته شده در این مرحله فقط در یک حوضچه آب با دمای C °27 در سنین 3، 7 و 28 روزه عمل آوری شده و تحت آزمایش های مقاومت فشاری، کششی و خمشی قرار گرفتند. قابل ذکر است که در این مرحله مجموع مواد سیمانی ثابت و برابر با 1008 کیلوگرم در متر مکعب RPC درنظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که جایگزینی دوده سیلیسی موجب افزایش مقاومت ها شده است اما مقدار بهینه در محدوده 15 تا 25 درصد است. مقاومت فشاری نمونه های با جایگزینی 25 درصد دوده سیلیسی در سنین 3، 7 و 28 روزه سنین نسبت به نمونه های جایگزینی 10 درصد دوده سیلیسی، به ترتیب 3/66، 9/40 و 0/64 درصد افزایش یافته است؛ و این افزایش ها نسبت به نمونه های با جایگزینی صفر درصد (بدون دوده سیلیسی)، متناظرا برابر 8/100، 8/93 و 7/107 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: بتن پودری واکنشی(RPC)، دمای محیطی عمل آوری، مقدار دوده سیلیسی، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مقاومت کششی
  • شهریار عبدالله زاده، محمود نیلی* صفحات 213-228

    در پژوهش حاضر در راستای توسعه پایدار و حفظ محیط زیست، از سرباره و خاکستربادی فعال شده در محیط قلیایی، به عنوان مواد چسباننده ژیوپلیمری جایگزین سیمان، در ساخت و ارتقا خصوصیات بتن های خودتراکم ژیوپلیمری استفاده گردیده است. محلول فعال ساز قلیایی حاوی سدیم هیدروکسید و سدیم سیلیکات مایع بوده است. عیار مواد چسباننده 500-700 کیلوگرم بر متر مکعب و نسبت آب به مواد چسباننده 45/0-48/0 بوده است. درصد یون سدیم 5-7 درصد عیار مواد چسباننده و نسبت سنگدانه درشت به ریز در سه سطح 75/25، 70/30 و 65/35 استفاده گردیده است. طراحی آزمایش ها با استفاده از روش تاگوچی و براساس آرایه متعامد L9 بوده است. 9 طرح مخلوط اصلی و 3 طرح مخلوط صحت سنجی بتن خودتراکم ژیوپلیمری ساخته شده است. مشخصات بتن تازه و خصوصیات مکانیکی از جمله مقاومت های فشاری و کششی دونیم شدن، مدول الاستیسیته و جذب آب بتن های خودتراکم ژیوپلیمری ارزیابی گردیده است. عیار مواد چسباننده و نسبت سنگدانه درشت به ریز بیشترین اثر را بر خصوصیات مکانیکی بتن های سخت شده، داشته اند. حداکثر مقاومت های فشاری و کششی دونیم شدن 58 و 5/4 مگاپاسکال، مدول الاستیسیته 32 گیگاپاسکال و حداقل جذب آب 8/2 درصد حاصل شده است. خصوصیات مکانیکی بتن های خودتراکم ژیوپلیمری با دقت مناسبی (967/0R²≥) با روش تاگوچی قابل تحلیل و پیش بینی بوده است.

    کلیدواژگان: بتن خودتراکم ژئوپلیمری، سرباره، خاکستربادی، مدول الاستیسیته، طراحی آزمایش تاگوچی
|
  • Babak Ahmadi *, Farhad Avatefi Hoveyda, Amirhomayoun Sabetimotlagh, Mohammad Javad Mohammadi, Mohsen Farrokhi, Abolfazl Vosoghi, Babak Foroutanmehr Pages 5-18
    As the industrial production of Self-Compacting Concrete (SCC) in the form of ready-mixed concrete faces challenges in different weather conditions, it is necessary to consider mixing, transportation, and casting to achieve the desired workability, mechanical, and durability properties. As a result of improper compaction and placement of SCC, a decrease in workability can result in failure to achieve the desired strength and durability. It was found that replacing mixing water with ice with 0, 10, 30 and 60% reduced the temperature of fresh concrete by approximately 1, 3, and 12°C compared to the control mix design after 110 minutes from the start of mixing. The superplasticizer amount and concrete properties were examined. After reducing the temperature of fresh concrete and maintaining its fluidity, the amount of superplasticizer decreased by 62.4%, and the result of its decrease with an increase in the amount of ice, increased the final production cost by 5.4%. In general, reducing the temperature of fresh concrete improved the rheological properties of SCC. When compared to the control mix design, the use of ice did not significantly alter the compressive strength, water absorption, and electrical resistance, except for a 17% increase in water absorption due to replacing 60% of the ice.
    Keywords: Self-Compacting Concrete, Fresh concrete temperature, ICE, Superplasticizer, concrete properties
  • Experimental Comparison of Shear Behavior of Plain and Fiber Reinforced Concrete Beams with Continuous Rectangular Spiral Reinforcement
    Morteza Dehghan, Ali Kheyroddin@Semnan.Ac.Ir, Mohammad Kazem Sharbatdar * Pages 19-36
    In general, shear reinforcement in reinforced concrete beams typically involves the use of stirrups. However, substituting stirrups with continuous rectangular spiral reinforcement can enhance construction efficiency and lower costs. Meanwhile, the adoption of fiber-reinforced concrete in concrete structures is on the rise due to its distinctive properties. To address the tensile and shear vulnerabilities of concrete, reinforcing it with fibers is a viable solution. This study explores the experimental replacement of stirrups with continuous rectangular spiral reinforcements in both traditional concrete and steel fiber-reinforced concrete (SFRC) beams. Three beams were subjected to static loading tests: the first beam, referred to as ST-NC, featured stirrups and normal concrete as a reference; the other two beams incorporated continuous rectangular spiral reinforcements with normal concrete (SP-NC) and steel fiber-reinforced concrete at a 0.75% volume fraction (SP-F0.75). The experimental findings indicate that the beam reinforced with continuous rectangular spiral reinforcements and fiber concrete exhibits improved shear resistance, energy absorption, and ductility compared to the normal concrete beam and the reference beam. The beams with continuous rectangular spiral reinforcements, using normal concrete and steel fiber-reinforced concrete, demonstrated a 23.8 and 46.5% increase in shear capacity, respectively, compared to the reference beam. Additionally, energy absorption in SP-NC and SP-F0.75 beams increased by 69 and 158%, respectively, compared to the reference beam. The ductility of the continuous rectangular spiral reinforcement beam with normal concrete and steel fiber-reinforced concrete is 0.87 and 1.17 times that of the reference beam, respectively. Notably, the results reveal a reduction in the ductility of the SP-NC beam compared to the reference beam, and the addition of 0.75% by volume of fibers to the concrete resolves this ductility weakness in the SP-NC beam. These findings underscore the advantages of employing continuous rectangular spiral reinforcements in beams constructed with steel fiber-reinforced concrete, as proposed in this study
    Keywords: Continuous Rectangular Spiral Reinforcement, Steel fiber reinforced concrete (SFRC), Shear strength, Energy absorption, Ductility
  • Mohammad Ali Hendouyan, Seyed Rohollah Hoseini Vaez *, Mohammad Javad Haji Mazdarani Pages 37-61

    The non-linear behavior of reinforced concrete columns under cyclic loads reduces the possibility of using classical analysis methods to check their deformation capacity. Mathematical-analytical models based on basic concepts and principles of structural mechanics or empirical-statistical models based on nonlinear regression generally lack sufficient accuracy and speed in answering such problems. The main goal of this research is to investigate the possibility of using soft computing in investigating the lateral deformation capacity of reinforced concrete columns using experimental data. For this purpose, four models are presented by using an adaptive neural fuzzy inference system and artificial neural networks. More than 100 samples of reinforced concrete columns from the PEER database were used for testing the models. The main geometric and mechanical variables affecting the lateral deformation of the column are defined as model inputs. The lateral displacements corresponding to the crushing of the concrete cover of the column and the 20% decrease in the lateral resistance of the column have been used as bending failures and output of the models. Two models are coded with the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and two models are modeled with the Multi-Layer Perceptron (MLP) method. Comparing the error values of ANFIS models compared to MLP models shows the appropriate ability of ANFIS in predicting the behavior of reinforced concrete columns under cyclic lateral load.

    Keywords: Soft Computing, Reinforced concrete column, Lateral Deformation Capacity, Multi-layer Perceptron (MLP), Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS)
  • Daniyal Ghasemi, Alireza Bagheri *, Amirhossein Abduli Pages 62-80
    Rheological parameters of concrete, including yield stress and plastic viscosity, have a major impact on its pumpability. In the present study, the effect of temperature of mixtures with and without superplasticizer on their pumpability, has been studied through laboratory examination of yield stress and plastic viscosity of mixtures at three temperatures of 10, 20 and 30 ° C. In addition to investigating the effect of mixture temperature immediately after production, changes in these parameters over time, at the three temperatures mentioned, were also investigated.The results show that for mixtures without superplasticizer, increasing the temperature, results in increased yield stress. Additionally, the rate of yield stress increase at higher temperatures, was higher compared to that at lower temperatures. In terms of plastic viscosity, the mixture with lower temperature, had the highest amount of plastic viscosity and the rate of plastic viscosity increase over time, was greater for mixtures with higher temperatures. Calculation of the pumping pressure based on the rheological parameters, indicates that shortly after production, higher temperatures do not have a significant effect on pumpability. However, over time, the pumpability of the higher temperature mixtures will decrease, resulting in higher pumping pressure.The results indicate that for mixtures containing superplasticizers, higher concrete temperature, results in a decrease in the pumping pressure during initial times after production. However, over time, it loses this advantage and will have poorer performance compared to the lower-temperature mixtures.
    Keywords: Fresh concrete, Concrete temperature, Rheology, Concrete pumpability, RHEOMETER
  • Parham Hayati *, Vahid Taheri Pages 81-95
    Concrete pavement is been used in the aprons owing to its resistance to static loads as the main loads of aircraft. An alternative is to use interlocking concrete block pavement with advantages such as simple execution and repair and with no needs for curing. There is concern about the effect of the CBR of the subgrade on the resistance of block pavers to permanent deformation. The present study conducted to investigate the effect of subgrade (CBR) on these pavements in the apron. The Plate Load Test (PLT) performed on a 2m×2m prototype constructed as per Federal Aviation Administration (FAA) regulations. The layers of this 3D model include compacted subgrade, sub-base, crushed aggregate base and Cement-Treated Base (CTB) and 8-cm thick concrete blocks. Sensitivity analysis showed a reduction of over 12% in vertical deflection with increasing CBR from 2 to 10 and a reduction of below 4% in the presence of subgrade even with CBR=10~20%. Using subgrade with CBR of over 10 has found insignificantly increase the resistance of block pavements to permanent deformation. Concern about the risk of permanent deformation is obliterated given the key role of the Cement-Treated Base in redistributing the loads.
    Keywords: Airfield Concrete block pavement, apron, Cement Treated Base (CTB), CBR, Plate Loading Test (PLT)
  • Amirhossein Bazaee *, Mohammad Javad Homayoun, Roozbeh Aghamajidi, Babak Mansouri Pages 96-116

    Basically, heavy concrete has the specific weight of about 1.5 to 2.5 times of the normal concrete. Materials with high specific weight are employed as a part of used aggregate to make heavy concrete. Heavy concrete is utilized as a protective shield against radiation. Heavy concrete is applied in the structure of nuclear infrastructures or hospitals. Ilmenite is a type of mineral that is also considered as mineral waste. Ilmenite is extracted directly from titanium mine and is found plentifully in Iran. In this study, Ilmenite is used in different volume ratios of 10%, 20%, 30%, and 40% instead of sand to make heavy concrete. Moreover, nano-silica gel, is used at the rate of 1% by weight of cement, to increase the quality and durability of concrete against the cycle of melting and freezing. The tests performed in this research include compressive strength test, tensile strength test, defining the primary and secondary water absorption rate and determination of concrete melting and freezing durability, according to ASTM-C666 standard. Results depicted that, the specific weight of heavy concrete would meet the regulations, by adding at least 20% of ilmenite instead of sand in concrete mixture. Also, adding 30% by volume of ilmenite, instead of sand, will increase the final compressive strength (90 days) by 33%. Finally, applying nano-silica gel in the heavy concrete mixture, makes the concrete stable against the melting and freezing cycles.

    Keywords: Heavy concrete, Durability Freezing, Ilmenite, titanium oxide, Nano Silica Gel
  • Sahar Mahdinia, Mohammadreza Tavakkolizadeh *, Mahdi Ahmadi Jalayer Pages 117-130

    The role of cement fineness in the process of hydration and development of compressive strength in the early ages of cement-based materials is irrefutable and it requires that its effect be investigated by predicting models. Therefore, an extensive study including 640 cement composition (1920 cement mortar specimens) from a cement factory with different percentages of raw materials feeding to the cement kiln including SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, K2O, and Na2O were used to predict the 7-day compressive strength of cement mortar by artificial neural network (ANN). To investigate the effect of cement fineness, two models have been developed in two states of with and without fineness effect. Results confirmed the significant role of cement fineness as an input parameter in the performance of predicting model. The findings of this research can be used in cement production facilities in order to reduce the laboratory costs.

    Keywords: Compressive strength, cement mortar, Artificial Neural Network, Cement fineness, Raw materials
  • Ali Akbar Kafash Bazari *, Mehdi Chini, Zivar Nikfal Pages 131-143
    The portion of phases and the quality of clinker crystal formation have a great impact on the performance of cement and concrete obtained from it; however, cement and concrete manufacturers often base their evaluation on chemical analysis or XRF and the values of phases with the help of Bogue formula. Therefore, in this extensive applied study, the relationship between the results of microscopic studies and the technical characteristics of cement and its performance in concrete has been traced. In the first stage, one hundred samples of Portland clinker type II were prepared from Tehran cement and microscopic studies and chemical analysis were performed on them. All clinker samples were grinded in industrial mill and physical and mechanical tests were performed on cement samples. Then laboratory concrete mixtures were made to evaluate the technical characteristics of cement and their performance in concrete. Based on the results of this extensive laboratory operation, innovatively, the microscopic results were summarized quantitatively (numerically). The relationship between the microscopic indicators and the properties of concrete mixtures was observed and its relationships were presented.
    Keywords: linker, cement, Microscope, Concrete
  • Amirhossein Bazaee *, Heydar Alidadi Tassoji, Mahmoud Reza Golshan, Roozbeh Aghamajidi Pages 144-173
    Compared to regular columns, short columns absorb more earthquake force due to their greater stiffness. For this reason, short columns are seriously damaged during an earthquake and sometimes cause the destruction of the entire structure. When short columns are displaced as much as long columns, shear and joint failure occurs in them due to the absorption of more energy. In this research, by using the laboratory results of a short column subjected to lateral reciprocating loads, an attempt was made to select the most optimal state with the help of steel sheets covered with different shape patterns. For this purpose, to determine the effect of retrofitting on the short column, six different installation modes of the proposed steel cover were used in abaqus software for finite element analysis. Next, the studied short column was subjected to reciprocating cyclic loading according to the standard pattern. The results of this research show that retrofitting a short column with an integrated steel sheet is able to increase the seismic resistance of the column by 49%, but the most optimal retrofitting method in terms of strength and volume of steel used is the retrofitting method with model-2 installation pattern.
    Keywords: retrofitting, Short column, Steel Cover, Hysteresis, seismic behavior
  • Esmaeil Mohammadi Dehcheshmeh, Vahid Broujerdian * Pages 174-190
    In this research, the placement of energy dissipaters at the base of self-centering base-rocking walls has been investigated. For this purpose, structures with 4-, 8-, 12-, 16- and 20-floors were investigated. The nonlinear dynamic behavior of these structures was investigated subjected to 22 Far-Field (FF), 14 Near-Field without Pulse (NF-non Pulselike), and 14 Near-Field with Pulse (NF-Pulselike) seismic ground-motions. The models have been analyzed in two dimensions via OpenSees software. The considered seismic ground-motions are scaled and applied to the structure at DBE and MCE levels. The results showed that changing the location of energy absorbers can be effective in the value of the moment and shear demands of walls as well as the response of residual drift and roof acceleration. By increasing the distance of the energy dissipaters from the middle of the section wall, the moment and shear demands could be reduced about 14% and 13% at the DBE level, and about 19% and 17% at the MCE level, respectively. Furthermore, the reduction values of the moment and shear demands of the structures under NF-Pulselike and DBE or MCE levels have been observed more than other seismic ground-motions. Finally, increasing the distance of the energy absorbers from the middle of the wall, the accelerations of the roof decrease.
    Keywords: Self-Centering System, Energy dissipation, Base-rocking Wall, Higher mode effects, Residual Drift
  • Bahman Shervani Tabar *, Mehdi Asadi Melerdi Pages 191-212
    The curing ambient temperature and the amount of Silica Fume are the effective factors on the mechanical properties of reactive powder concrete (RPC). In this research, the effects of the curing ambient temperature and also the effects of the amount of silica fume on reactive powder concrete have been investigated. The autoclave device has not been used so that these concretes can be used in different environments as in-situ concreting. The prepared specimens were cured by immersion in water. To investigate effects of the curing ambient temperature, specimens were cured in water at three temperatures of 27, 60, and 80°C and were tested for compressive, tensile, and flexural strength at the age of 3, 7, and 28 days. The results show that the curing ambient temperature has a significant effect on the early strength of RPC, which increases strength at high temperatures. In the curing in water, it was found that 60°C is an optimum temperature; Because the specimens with the curing ambient temperature of 80°C show higher compressive, tensile, and bending strengths, but the increase in strengths compared to the curing ambient temperature of 60°C is very small. The compressive strength of the specimens cured in the water pool with temperature of 80°C has increased by 43.7%, 43.5%, and 25.9% at the ages of 3, 7, and 28 days, respectively, compared to the specimens cured at temperature of 27°C; Also, the increases in bending strength in the mentioned cases are equal to 51.5, 53.4 and 25.8% respectively. Similar results are also observed in tensile strength. In the next step, to study the effect of the changes in the amount of silica fume, five concrete mixtures with different amounts of silica fume were produced. These values were considered as a percentage of cementitious material (cement + silica fume) of 0, 10, 15, 25, and 35%. The specimens made in this step were only cured in a water pool with temperature of 27°C at the ages of 3, 7, and 28 days and were tested for compressive, tensile, and bending strength. It should be noted that at this stage, cementitious material (cement + silica fume) is fixed and is equal to 1008 kg / m3 of RPC. The results indicate that the replacement of silica fume has increased the strengths, but the optimal value is in the range of 15 to 25%. The compressive strength of the specimens with 25% replacement of silica fume at the ages of 3, 7, and 28 days has increased compared to the specimens with 10% replacement of silica fume by 66.3%, 40.9%, and 64.0%, respectively. These increases are equal to 100.8, 93.8 and 107.7 percent, respectively, compared to the specimens with zero percent replacement (without silica fume)
    Keywords: : Reactive Powder Concrete (RPC), Curing Ambient Temperature, The Amount of Silica Fume, Compressive strength, bending strength, tensile strength
  • Shahriar Abdolahzade, Mahmoud Nili * Pages 213-228

    In the present study, due to sustainable development and eco-friendly aims, alkali activated slag and fly ash were used as the geopolymer binder instead of cement in self-compacting concretes. The alkaline solution consisted of sodium hydroxide and sodium silicate solutions. Binder content was between 500-700 kg/m³ and water to binder (W/B) ratio varied from 0.45 to 0.48. Na₂O percentages were in the range of 5 - 7% and three ratios of coarse to fine aggregate (25/75, 30/70, 35/65) were used. Design of experiments was based on orthogonal L9 array of Taguchi methodology. A total of nine main mixes and three validation mixes were prepared. Fresh concrete characteristics and mechanical properties including compressive strength, splitting tensile strength, modulus of elasticity and water absorption were evaluated. The results demonstrated that the binder content and coarse to fine aggregate ratio were the most influential parameters on the mechanical properties. The highest compressive strength, splitting tensile strength and modulus of elasticity were belonging to the mixture with low W/B ratio and higher binder content by 58 MPa, 4.5 MPa and 32 GPa, respectively. Moreover, Taguchi method has a good capability (R²≥0.967) to analyze and predict the mechanical properties of self-compacting geopolymer concrete.

    Keywords: Self -Compacting Geopolymer Concrete, Slag, Fly ash, modulus of elasticity, Taguchi method