فهرست مطالب

مصالح و سازه های بتنی - سال پنجم شماره 2 (پیاپی 10، پاییز و زمستان 1399)

نشریه مصالح و سازه های بتنی
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 10، پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/13
  • تعداد عناوین: 12
|
  • علیرضا تاج بخشیان*، هادی چیتگر صفحات 5-15

    بررسی سنتز فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی، عوامل موثر بر ساختار آنها هنگام سنتز و تاثیر پارامترهای ساختاری بر عملکرد فوق روان کننده، موضوع بحث این مقاله می باشد. در این پژوهش سنتز فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی با استفاده از اکریلیک اسید یا مالییک انیدرید با پلی اتیلن گلیکول در دماهای مختلف بررسی شده است تا تاثیر دمای سنتز بر ساختار و عملکرد این دو نوع فوق روان کننده به خوبی دیده شود. هر یک از منومر های AA و MAn به طور جداگانه با منومر APEG پلیمریزه شد. سپس با استفاده از تست GPC و توزیع وزن های مولکولی به دست آمده سعی شد تا ساختار هر یک از فوق روان کننده های به دست آمده پیش بینی شود. در ادامه، عملکرد هر یک از فوق روان کننده ها در بتن با استفاده از تست های اسلامپ و مقاومت فشاری بررسی شد. تا بتوان ارتباط بین دمای سنتز، ساختار و عملکرد فوق روان کننده را به خوبی مشاهده کرد. مشاهده شد که دمای سنتز تاثیر بسیار زیادی بر ساختار فوق روان کننده ها می گذارد. این تاثیر در دو نوع فوق روان کننده بر پایه AA و MAn متفاوت بود. به طوری که تغییر ساختار این دو نوع فوق روان کننده با دما شبیه به هم نبود. نکته قابل توجه این بود که در هیچ مقاله ای تاثیر دما به طور مقایسه ای برای این دو نوع فوق روان کننده در شرایط یکسان گزارش نشده است و بر اهمیت دمای سنتز نیز تاکید نشده است. این کار اهمیت زیادی در طراحی روش سنتز برای دستیابی به فوق روان کننده ای با خواص بهینه مورد نظر دارد. چرا که با تغییر منومرهای سنتز شونده و دمای سنتز می توان ساختار و به دنبال آن عملکرد (اسلامپ و افت اسلامپ) را پیش بینی کرد. بر کسی پوشیده نیست که مهمترین پارامتر در سنتز اولیگومرها و پلیمرها دو فاکتور نوع منومر واکنش دهنده و دمای سنتز است که در این مقاله سعی شده است تا به این دو پرداخته شود.

    کلیدواژگان: پلی کربوکسیلات، کارایی، پلیمریزاسیون رادیکالی، فوق روان کننده'
  • علی قمری*، علیرضا خالو صفحات 16-31

    میراگرهای غیر فعال انرژی به عنوان ابزار کارا و اقتصادی برای بهبود رفتار لرزه ای سازه ها در برابر بارهای لرزه ای شناخته شده اند. در میان انواع میراگرهای غیرفعال انرژی، میراگرهای فولادی به دلیل سهولت ساخت و اجرا، در دسترس بودن امکانات ساخت آنها، مقرون به صرفه بودن، از مقبولیت بیشتری برخوردار هستند. علاوه بر آن، این نوع میراگرها، عملکرد مطلوبی در مطالعات آزمایشگاهی و عددی، و همچنین در زلزله های گذشته داشته اند. هر چند این نوع میراگرها نسبت به سایر میراگرها اقتصادی تر هستند اما استفاده از آنها در سازه های معمول در مقایسه با سایر سیستم های مرسوم باربر جانبی، اقتصادی نمی باشد. لذا در این مقاله یک میراگر ابتکاری دارای سازوکار تسلیم برشی معرفی شده که از سهولت بالایی در ساخت و اجرا برخوردار بوده و همچنین از جنبه اقتصادی، مقرون به صرفه است. این میراگر پیشنهادی پس از زلزله های شدید براحتی قابل تعویض است. نتایج عددی نشان می دهد که میراگر پیشنهادی باعث بهبود رفتار لرزه ای قاب خمشی بتنی می شود. معمولا افزایش همزمان سختی و شکل پذیری در سازه به راحتی میسر نمی شود اما نتایج نشان می دهد میراگر پیشنهادی باعث افزایش سختی و شکل پذیری سازه می گردد. همچنین با افزایش میرایی در ناحیه غیر خطی باعث اتلاف انرژی اعمالی به سازه می گردد. در این مقاله، روابط لازم برای محاسبه سختی و مقاومت نهایی سیستم و همچنین طراحی آن پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: قاب خمشی بتنی، میراگر فولادی، شکل پذیری، سختی، انرژی لرزه ای
  • سیده مرضیه قیامی تکلیمی، امید رضایی فر*، مجید قلهکی صفحات 32-46
    استفاده از مواد پوزولانی در ساخت بتن، راه حل مناسبی برای کاهش منابع انرژی، تولید گازهای گلخانه ای و مصرف سیمان می باشد. در این مقاله تاثیر استفاده از بنتونیت سمنان به جای بخشی از سیمان در بتن های کم مقاومت بررسی شده است. در این مقاله 10 طرح مخلوط به همراه طرح مخلوط نمونه کنترل ساخته و مقایسه شده است. متغیر اصلی، تغییر نسبت بنتونیت به وزن سیمان می باشد که درصدهای 5، 10، 15، 20، 25، 30، 35، 40، 45 و50 در نظر گرفته شده است. آزمایش های مقاومت فشاری و مقاومت کششی دو نیم شدن نمونه ها، برای بررسی خواص بتن، انجام شده است. با توجه به نتایج آزمایش مقاومت فشاری، استفاده از بنتونیت به جای بخشی از سیمان (مقاومت فشاری نمونه 5BC، MPa 17/20) باعث افزایش 7/2% مقاومت فشاری نسبت به نمونه شاهد (مقاومت فشاری نمونه CM، MPa 62/19) شده است. با جایگزین کردن 50% بنتونیت نسبت به وزن سیمان (نمونه 50BC)، مقاومت فشاری به میزان 40% کاهش یافته است. با توجه نتایج در مخلوط های حاوی بنتونیت در صورتی که مقدار بنتونیت بیش از 25% وزن سیمان شود، مقاومت کششی تا70% نسبت به CM کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مواد پوزولانی، بنتونیت، بتن های کم مقاومت، مقاومت فشاری، مقاومت کششی
  • شایان فخریان*، شایان مشهدی، حمید بهبهانی صفحات 47-59

    استفاده از ضایعات لاستیکی از جمله خرده لاستیک در مخلوط بتن به عنوان یکی از روش های موثر جهت کاهش مواد زاید می باشد. علاوه بر این، امروزه استفاده از مواد ضایعاتی به عنوان جایگزین بخشی از سنگدانه های طبیعی در بتن، راه حلی موثر برای رفع مشکلات زیست محیطی است که با توجه به تنزل خصوصیات بتن حاصل ناشی از حضور مواد ضایعاتی، افزودن الیاف به مخلوط بتن، می تواند عملکرد مکانیکی آن را بهبود بخشد. از این رو در این مطالعه، مقاومت فشاری بتن مسلح شده به الیاف فولادی حاوی خرده لاستیک بازیافتی پس از قرارگیری در دماهای بالا به طور آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مجموع 9 طرح مخلوط در طول آزمایش ساخته شد و متغیرهای آزمایش شامل درصد حجمی لاستیک تایر بازیافتی جایگزین ماسه طبیعی (0، 5 و 10 %)، درصد حجمی الیاف فولادی (0، 0.5 و 1 %)، و دمای آتش (25، 200، 400 و 600 درجه) می باشند. علاوه بر این، مقاومت فشاری با مقادیر پیش بینی آیین نامه های ACI 216، EN 1994-1-2 مقایسه شدند. نتایج نشان می دهد که افزودن الیاف فولادی به حجم بتن و اضافه کردن لاستیک تایر جایگزین ماسه به مخلوط بتن منجر به کاهش مقاومت فشاری نمونه های بتنی حرارت دیده و حرارت ندیده می شود . همچنین، با افزایش درجه حرارت، مقاومت فشاری کلیه نمونه های بتنی با یک افت قابل توجهی رو به رو شده است. از این رو، در دمای 600 درجه سانتیگراد، نرخ افت مقاومت فشاری نمونه ها در مقایسه با سایر دماها بیشتر بود به طوری که مقاومت فشاری نمونه مرجع و نمونه های بتنی حاوی تایر و الیاف نسبت به مقاومت نمونه متناظر در دمای محیط، با کاهش مقاومت در محدوده 59.5 - 76.9 % رو به رو شدند. همچنین، پیش بینی آیین نامه ها، نتایج مقاومت فشاری بتن حرارت دیده را اندکی دست بالا تخمین می زنند.

    کلیدواژگان: مقاومت فشاری، الیاف فولادی، خرده لاستیک، مقاومت برابر آتش
  • محمد شکرچی زاده*، خسرو برگی، امیرمهدی ربیعی صفحات 60-78

    لزوم توجه ویژه به توسعه پایدار در رشته مهندسی عمران به منظور پیشرفت جوامع امروزی، بتن را به عنوان پرمصرف ترین ماده در این زمینه، مورد توجه محققین قرار داده است. در این راستا بتن فوق توانمند الیافی در جایگاه یکی از جدیدترین نوآوری ها در عرصه تکنولوژی بتن مورد توجه ویژه قرار گرفته است. هدف نوشتار پیش رو 1 آشنایی با ویژگی های برجسته بتن فوق توانمند که بکارگیری آن را در پروژه های ساخت و ساز، بهسازی و مقاوم سازی کارآمد می کند و 2 ترویج استفاده از بتن فوق توانمند در مهندسی پل در عرصه ملی با تکیه بر مطالعات همه جانبه داخلی برای بومی سازی آن می باشد. سعی شده است که گزارشی جامع از نوآوری ها و تجارب حاصله در حوزه بکارگیری بتن فوق توانمند در صنعت پل طی دو دهه اخیر در اقصی نقاط جهان ارایه و ضمن اشاره به محدودیت های کلیدی استفاده گسترده این مصالح برای احداث و نگهداری پل ها، سمت و سوی اصلی تحقیقات آینده بررسی شود.

    کلیدواژگان: بتن فوق توانمند، مهندسی پل، بهسازی و مقاوم سازی، طرح اختلاط
  • مجید خسروبیگی، اشکان خدابنده لو* صفحات 79-94
    ساختمان ها در اثر زمین لرزه تحت اثر تحریک مولفه های لرزه ای قرار می گیرند که در سه راستای متعامد بر سازه وارد می شوند. در بیشتر موردها، در برآورد نیروهای زلزله به طور معمول از زلزله های راستای قایم صرف نظر و یا اثر آن ها ناچیز در نظر گرفته می شود. در حالی که مولفه ی قایم زلزله می تواند باعث ایجاد تغییرمکان ها و تنش های شدیدی بر المان های سازه ای، به ویژه دال های بتنی دارای بازشو، شود. در این پژوهش به بررسی اثر مولفه ی قایم زلزله بر دال های بتنی دارای بازشو پرداخته شده است. برای این منظور ساختمان های بتنی 5، 8 و 12 طبقه دارای دال های بتنی با 0 ،15 ،30 و 45 درصد بازشو تحت اثر سه رکورد زلزله حوزه نزدیک بم، نورثریچ و السنترو قرار گرفتند و به کمک تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی مقایسه ای بین تغییرمکان ها و تنش های ایجاد شده در آن ها انجام شد. نتیجه ی بررسی ها نشان دادند که سهم زلزله ی راستای قایم در تغییرمکان دال ها نسبت به تغییرمکان دال ها در اثر ترکیب سه راستا مقدار قابل توجهی نمی باشد. از طرف دیگر، مقایسه ی تنش ها در دال های بتنی نشان داد که تنش های ایجادشده با تغییرشکل های به وجود آمده در دال ها رابطه ی مستقیم دارد، به طوری که در مدل هایی که تغییر مکان بیشتری مشاهده شده است، تنش های برشی ایجادشده نیز مقدارهای بالاتری نشان می دهند. در همه ی سازه ها، هم در زلزله ترکیبی و هم راستای قایم، با افزایش درصد بازشو، تنش ایجادشده در دال ها نیز افزایش می یابد. در حالت کلی، بیشینه تنش ایجاد شده در دال ها در اثر رکورد های راستای قایم در برخی از موردها به اندازه ی 60 درصد بیشینه تنش های ایجادشده در اثر زلزله های ترکیبی می باشد.
    کلیدواژگان: مولفه ی قائم زلزله، دال بتنی، بازشو، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی
  • رامین کتابفروش بدری*، آرش آصفی صفحات 95-109
    کاربرد ورق های پلیمری تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) و روکش فولادی برای مقاوم سازی ستون های بتن آرمه رایج است. در پژوهش حاضر، روش جدیدی برای مقاوم سازی ستون ها، با استفاده همزمان از این مصالح پیشنهاد می شود. اثر روش ترکیبی بر روی عملکرد ستونها در بارگذاری جانبی، به صورت عددی بررسی می گردد. بدین منظور، مدل های عددی با استفاده از مدل های آزمایشگاهی معتبر در زمینه ستون های محصور با پوششی از الیاف کربن یا روکش فولادی صحت سنجی می شوند. روش مقاوم سازی ستونهای بتنی در مطالعه حاضر، شامل ترکیب لایه ای از CFRP در ضخامت های مختلف با قفسی فولادی است که به صورت روکش کامل یا ترکیبی از مقاطع L شکل با تسمه های فولادی ساخته می شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که استفاده همزمان از روکش فولادی و CFRP باعث افزایش ظرفیت باربری ستون، حداکثر تا 4 برابر ظرفیت باربری ستون تقویت نشده می گردد. همچنین، روکش جایگزین که متشکل از تسمه اتصال است موجب عملکرد بهتر از نظر افزایش مقاومت و نیز سهولت اجرا می شود. در نهایت باید دقت داشت که وجود الیاف کربنی باعث کاهش شکل پذیری ستونهای مورد مطالعه می گردد.
    کلیدواژگان: مقاوم سازی، تسمه های فولادی، ورقهای پلیمری مسلح با الیاف کربن، ستون بتن آرمه
  • امیرعلی شاه منصوری، حبیب اکبرزاده بنگر*، ابوذر جعفری صفحات 110-128

    دیوارهای گهواره ای بتنی به دلیل هزینه های خرابی و تعمیر کمتر، یک جایگزین مناسب برای دیوارهای برشی بتنی معمولی هستند. شناخت رفتار دقیق عناصر سازه ای به طور کلی با انجام آزمایشات جامع، که پرهزینه و زمان بر است، حاصل می شود. با توجه به مطالعات پیشین و روند پژوهش در زمینه دیوارهای گهواره ای، ضرورت ارایه یک مدل جامع به منظور طراحی دیده می شود. ارایه یک مدل تیوری جهت پیش بینی رفتار دیوارهای گهواره ای بتنی، که پارامترهای متنوعی را شامل شود، امری دشوار می باشد و محاسبه همزمان اثر آن پارامترها نیازمند یک مدل جامع است. ارایه چنین مدلی از طریق روش های کلاسیک یا عددی، به دلیل پیچیدگی مسئله یا دشواری های مدل سازی، نیازمند صرف زمان زیاد و محاسبات پیچیده است. اما حل این مسئله به وسیله روش های محاسبات نرم امکان ساده سازی و تسریع این محاسبات را فراهم می سازد. از این رو، این پژوهش با هدف ارایه یک مدل شبکه عصبی چند هدفه برای پیش بینی رفتار جانبی دیوارهای گهواره ای بتنی انجام شده است. برای ایجاد داده های مورد نیاز جهت مدل سازی، از نتایج آزمایشگاهی استفاده شد و تمام پارامترهای موثر بر ظرفیت باربری جانبی دیوارهای گهواره ای بتنی استخراج شد تا از آنها به عنوان پارامترهای ورودی استفاده شود. سرانجام، منحنی های بار جانبی-تغییر مکان و تار خنثی-تغییر مکان به عنوان پارامترهای خروجی پیش بینی شدند. علاوه بر این، دقت روابط موجود ارایه شده در آیین نامه های بتن بین المللی و توسعه یافته توسط محققان در پیش بینی مقاومت خمشی دیوارهای گهواره ای بتنی با استفاده از نتایج آزمایشات انجام شده بر روی این دیوارها بررسی شد. این پژوهش نشان می دهد که مدل شبکه عصبی چند هدفه با دقت قابل قبولی رفتار جانبی دیوارهای گهواره ای بتنی را پیش بینی می کند. این مدل قادر است سختی اولیه، سختی ثانویه، مقاومت بیشینه و ظرفیت دورانی را به درستی پیش بینی کند. مطابق با نتایج، روابط آیین نامه های طراحی بتن ایالات متحده (ACI 318-14)، نیوزیلند (NZS 3101) و استرالیا (AS 3600) مقاومت خمشی دیوارهای گهواره ای بتنی را در محدوده 0.59 تا 0.99 مقادیر واقعی پیش بینی می کنند. همچنین، آیین نامه طراحی بتن کانادا (CSA-A23.3) پیش بینی بسیار محافظه کارانه ای از مقاومت خمشی دیوارها ارایه می دهد. با وجود این، مدل شبکه عصبی چند هدفه پیش بینی های بسیار دقیقی را در مقایسه با آیین نامه های بررسی شده و عبارات موجود نشان داد.

    کلیدواژگان: دیوارهای گهواره ای بتنی، شبکه عصبی چند هدفه، پس کشیدگی، برآورد رفتار جانبی
  • غلامرضا نوری*، مهران تیراندازیان صفحات 129-151
    رشد اخیر در ساخت نیروگاه های بادی با شمع بتنی در مناطق لرزه خیز با احتمال روانگرایی، ارزیابی عملکرد لرزه ای این سازه ها را ضروری کرده است. در این مقاله تاثیر پدیده روانگرایی بر پاسخ لرزه ای توربین های بادی تک شمع بتنی بررسی شده است. از روش اجزا محدود و روش مدل سازی همبسته تیر بروی بستر غیرخطی وینکلر به منظور شبیه سازی عددی استفاده شده است. با تحلیل های تاریخچه زمانی غیر خطی، پاسخ تک شمع بتنی مسلح برای دو دسته رکوردهای زلزله حوزه دور و نزدیک مورد بررسی قرار گرفت. اثر پارامترهای مختلفی نظیر تغییر مشخصات و ضخامت لایه خاک روانگرا و اثر زلزله های حوزه دور و نزدیک بررسی شده است. چهار گروه مختلف برای خاک ماسه ای روانگرا در نظر گرفته شد که دارای ضرایب اصطکاک داخلی، سرعت موج برشی، درصد تراکم و تخلل متفاوت هستند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با افزایش ضریب اصطکاک داخلی و درصد تراکم خاک میزان فشار آب منفذی اضافی خاک مجاور شمع و میزان جابجایی شمع کاهش می یابد. همچنین با افزایش ضخامت لایه روانگرا، فشار آب منفذی اضافی اطراف شمع کاهش اما جابجایی شمع افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: توربین بادی تک شمع، خاک روانگرا، زمین لرزه، حوزه دور، حوزه نزدیک
  • سید حسام مدنی، جاوید حسین بر* صفحات 152-166

    مطالعه حاضر به بررسی مشخصات مکانیکی و دوام مخلوط های ژیوپلیمری ساخته شده بر پایه پوزولان طبیعی خاش، سرباره کوره آهن گدازی اصفهان و خاک پسماند کارخانه های تولید سنگ دانه می پردازد. مواد پایه مذکور به صورت تنها یا به صورت ترکیب با یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته اند. بدین منظور خاک پسماند و پوزولان در درصدهای 25% ، 50% و 75% با سرباره جایگزین شده اند که با احتساب مخلوط های غیر ترکیبی در مجموع 9 طرح مخلوط ساخته شده است. خصوصیات مورد بررسی شامل: مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، درصد جذب مویینه آب، ضریب تسریع شده نفوذ یون کلراید و آزمایش جذب حجمی آب بوده است. همچنین شرایط عمل آوری نیز برای مخلوط های مختلف تغییر کرده و نتایج با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج حاضر حاکی از آن می باشد که به دلیل فعالیت پایین تر مواد پایه پوزولان طبیعی و خاک پسماند نسبت به سرباره، جایگزینی بخشی از مواد با سرباره سبب بهبود خواص مکانیکی و دوام می گردد به گونه ای که بهترین مخلوط از لحاظ خصوصیات دوام مخلوط P25S75 است که حتی از مخلوط S100 بهتر عمل کرده است. تاثیر جایگزینی با سرباره در خاک پسماند بهبود بسیار قابل توجهی را نسبت مخلوط تنها حاوی پسماند ایجاد کرده است و می توان اثر بهبود بخش آن را بیشتر از مخلوط حاوی پوزولان دانست.

    کلیدواژگان: ژئوپلیمر، دوام، خصوصیات مکانیکی، سرباره، پوزولان، خاک پسماند
  • شیما بیجاری* صفحات 167-180
    برای بهینه یابی هزینه یک دال بتن مسلح دندانه دار باید هزینه بتن و فولاد مصرف شده در آن را کاهش داد. به عبارت دیگر باید سطح مقطع بتن و فولاد سازه را کم کرد. برای محاسبه سطح مقطع بتن و فولاد دال بتنی دندانه دار، شش متغیر طراحی تعریف می شود که با ضخامت دال، قطر میلگرد و ابعاد دندانه ها مرتبط می باشد. سیستم کف های سازه ای که از بتن مسلح ساخته شده است، نیاز به انتقال موثر بارهای کف به سیستم های عمودی دارد که از طریق ظرفیت مقاومت در برابر برش، خمش و پیچش صورت می گیرد. علاوه بر نیاز به مقاومت، کف ها باید معیار تغییر شکل را ارضاء کنند که عرض ترک و افتادگی کم باشد. مجموعه این عوامل قیود مسئله بهینه یابی هزینه دال را تشکیل می دهند. برای حل این مسئله بهینه یابی در این مقاله از الگوریتم بهینه یابی اجسام برخوردکننده (CBO) استفاده می شود. الگوریتم CBO یک الگوریتم فراکاوشی جدید است که در سال های اخیر توسعه یافته است و وجه تمایز اصلی آن با سایر الگوریتم های فراکاوشی این است که به پارامتر های ورودی و میزان سازی آن ها نیاز ندارد و تلاش محاسباتی و زمان کمتری را می خواهد. به منظور ارزیابی تاثیر پارامترهای بارگذاری و دهانه تیر بر هزینه بهینه دال های بتنی، سه وضعیت مختلف تعریف می شود. در هر وضعیت یک حالت بارگذاری و چهار دهانه تیر متفاوت در نظر گرفته می شود. در هر حالت با توجه به تغییر پارامترهای ورودی مسئله طراحی بهینه به طور مستقل اجرا می گردد و مقدار تابع هدف و مقدار متناظر متغیرهای طراحی تعیین می شود. به این ترتیب، حساسیت هزینه بهینه دال های بتنی نسبت به پارامترهای بارگذاری و دهانه تیر مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج این مطالعه نشان می دهد میزان تاثیر تغییرات دهانه تیر بر روی مقدار هزینه دال بتنی دندانه دار بسیار بیشتر از میزان تاثیر تغییرات بارگذاری بر روی مقدار هزینه دال می باشد. با افزایش 50 درصدی دهانه تیر مقدار هزینه دال بیشتر از دو برابر می شود به عبارتی کمترین تغییر تابع هدف به خاطر تغییرات طول دهانه تیر در یک حالت بارگذاری مشخص، افزایش حدودا 100 درصدی تابع هدف را در پی داشته است اما میزان تاثیر بارگذاری در تغییر مقدار هزینه دال دندانه دار بسیار کمتر می باشد. بیشترین تاثیر میزان بارگذاری، تغییر مقدار تابع هدف به میزان حدود 13 درصد بوده است.
    کلیدواژگان: الگوریتم فراکاوشی، بهینه یابی، دال بتن مسلح، طراحی سازه، هزینه دال بتنی دندانه دار
  • علیرضا باقری*، محمدحسین نورمحمد بیک، سید حسین کاشیان، حامد زنگانه صفحات 181-200

    یکی از روش های کاهش جمع شدگی ناشی از خشک شدن، استفاده از مواد افزودنی کاهنده جمع شدگی می باشد. هر چند این مواد با نام های تجاری مختلف عرضه می گردند، در بسیاری موارد ماده پایه آنها گلیکولی می باشد. در این تحقیق به بررسی عملکرد پلی اتیلن گلیکول به عنوان ماده کاهنده جمع شدگی پرداخته شده است. بررسی آزمایشگاهی شامل دو فاز بوده است. در فاز اول آزمایش ها خصوصیات این ماده تعیین و همچنین تاثیر آن بر روی کارایی، مقاومت فشاری و جمع شدگی آزاد مخلوط های ملات کنترل و مخلوط های ملات حاوی درصدهای مختلف پلی اتیلن گلیکول شامل 5/1، 2، 5/2و 3 درصد وزنی سیمان بررسی شده است. در فاز دوم این پژوهش تاثیر ماده پلی اتیلن گلیکول روی خواص مختلف بتن شامل کارایی، مقاومت فشاری و کششی، جمع شدگی آزاد و پتانسیل ترک خوردگی در آزمایش حلقه جمع شدگی مقید مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشانگر این است که با استفاده از پلی اتیلن گلیکول به میزان 2 الی 3 درصد وزنی سیمان، امکان کاهش قابل توجه در جمع شدگی آزاد و همچنین کاهش پتانسیل ترک خوردگی بتن وجود دارد. در عین حال میزان تاثیر این ماده در مقایسه با موارد گزارش شده برای مواد تجاری کمتر بوده است.

    کلیدواژگان: جمع شدگی ناشی از خشک شدن، افزودنی کاهنده جمع شدگی، پلی اتیلن گلیکل، آزمایش حلقه جمع شدگی
|
  • Alireza Tajbakhshian *, Hadi Chitgar Pages 5-15

    Polycarboxylate superplasticizers based on acrylic acid (AA) and maleic anhydride (MAn) were synthesized via free‐radical copolymerization with an ethylene glycol monomer and characterized. The copolymerization temperature (ranging from 90 to 130 °C) appeared to be the key operating factor governing the chemical structure of the superplasticizers. The chemical structures of the products were analyzed by gel permeation chromatography, whereas an optimized sample was further analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy and 1H‐NMR. Superplasticizers of the AA and MAn classes were then incorporated into concrete, and their performances were measured by slump and slump loss tests, where a large dependency of the microstructure on the synthesis temperature was recognized. The optimum temperatures were found to be 90 and 120 °C for the AA and MAn modifiers, respectively. At their own optimum temperatures, the AA and MAn superplasticizer revealed slump losses from 23 to 4 cm and 15 to 5 cm, respectively, after 45 min. The chemical structures of the plasticizers were patterned illustratively to speculate the performance of each superplasticizer according to changes that took place in the backbone length and side‐chain density.

    Keywords: molecular recognition, 'plasticizer, 'radical polymerization'
  • Ali Ghamari *, Alireza Khaloo Pages 16-31

    Passive energy dampers have been identified as efficient and economical tools to improve the seismic behavior of structures against seismic loads. Among all types of passive energy dampers, steel dampers are more popular because of their ease of construction, availability, affordability, economical aspect. In addition, these types of dampers have performed well in the laboratory and numerical studies, as well as in past earthquakes. Although these types of dampers are more economical than other dampers, they are not economical to use in conventional structures compared to other conventional lateral load systems. Therefore, in this paper, an innovative damper with shear mechanism is introduced which is easy to construct and operate and is economical to use. This proposed damper is easily replaceable after severe earthquakes. Numerical results show that the proposed damper improves the seismic behavior of the RC frame. It is usually not easy to increase the stiffness and ductility of the structure at the same time, but numerical results show that the proposed dampers increase the stiffness and ductility of structures. It also causes energy dissipation to the structure by increasing the damping in the nonlinear area. In this paper, the necessary equations for calculating the ultimate stiffness and strength of the system as well as its design are proposed.

    Keywords: RC frame, Steel Damper, Ductility, stiffness, Seismic Energy
  • Seyedeh Marzieh Qiyami Taklymi, Omid Rezaifar *, Majid Gholhaki Pages 32-46
    Using pozzolanic materials in concrete manufacturing is intended as an optimal solution to lower the rate of greenhouse gas emission, and diminish energy resources and cement consumption. This research is aimed at evaluating Semnan bentonite as partial replacement of cement in low-strength concrete. Ten bentonite mixes and control mix were examined. The main variable is the proportion of bentonite (5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% , 35%, 40%, 45% and 50% by weight of cement) in replacement mode while the amount of cementitious material, water to cementitious material ratio, fine aggregate content were kept constant. To study properties of hardened concrete, compressive strength and splitting tensile strength tests were performed. According to the results of compressive strength test, using bentonite (compressive strength of 5BC sample is 20.17 MPa) results in 2.7% increase in compressive strength as compared with the control mix (compressive strength of control mix CM is 19.62 Mpa). By replacing 50% of bentonite with the weight of cement (sample 50BC), the compressive strength is reduced by 40%. According to the results in mixtures containing bentonite, if the amount of bentonite is more than 25% by weight of cement, the tensile strength is reduced by 70% compared to CM.
    Keywords: : Pozzolanic Materials, Bentonite, Low Strength Concrete, Compressive strength, tensile strength
  • Shayan Fakhrian *, Shayan Mashhadi, Hamid Behbahani Pages 47-59

    In Iran, thousands of tons of rubber materials are discarded as wastes each year. Since these waste materials do not have a proper quality to be used for usual life purposes such as household items, thus the best application for these materials is to use them as aggregates in the construction industry. Furthermore, using waste rubber materials such as crumb tires in the concrete mix is regarded as one of the efficient ways to recycle these waste materials. Besides, substituting a fraction of natural aggregates in the concrete mix by waste materials is a promising strategy to deal with environmental problems associated with these materials. Given that the presence of waste aggregate in concrete degrades its properties, adding fibers to the concrete mix has been shown to improve the mechanical performance. Therefore, in the present study, the compressive strength of the concrete reinforced with steel fibers and containing recycled crumb rubber aggregate was evaluated after exposure to fire through an experimental program. Here, a total of nine mix designs were prepared for the experimental phase, with the test variables being the volume percentage of tire rubber aggregate as a replacement for natural sand (0, 5, and 10%), the volume fraction of steel fibers (0, 0.5, and 1%), and temperature (20, 200, 400, and 600 °C). Moreover, the compressive strength values were compared with those predicted by the ACI 216 and EN 1994-1-2 codes. The results showed that adding steel fibers together with tire rubber aggregate in the concrete mix led to a decrease in the compressive strength of the heated and unheated concrete specimens. Also, as temperature increased, the compressive strength of all the concrete specimens saw a considerable reduction. In this regard, after exposure to 600 °C, the compressive strength loss rate was higher compared to that after exposure to other temperatures, such that the compressive strength of the reference specimen and those containing tire aggregate and fibers decreased by 59.5-76.9% relative to that of the corresponding specimens at ambient temperature. ACI 216 and EN 1994-1-2 provide a relatively good estimation for the normalized compressive strength of all the concrete specimens containing tire rubber and steel fibers at 200 and 400 °C; however, they give an overestimation for the reference concrete. Besides, the above codes give a relatively good prediction for the normalized compressive strength of the specimens exposed to 600 °C (except for specimens ST0TR10, ST0.5TR10, and ST1.0TR5).

    Keywords: Compressive strength of fibrous concrete containing crumb rubber under fire
  • Mohammad Shekarchi *, Khosro Bargi, Amirmahdi Rabiee Pages 60-78

    The necessity of attention to the sustainable development in civil engineering for the progress of modern societies has highlighted concrete as the most widely used construction material for researchers. In this way, Ultra High Performance Concrete (UHPC) has been highly appreciated as one of the newest inventions in the field of concrete technology. The purpose of this article is to: 1- depict outstanding properties of UHPC that make its utilization in construction, rehabilitation and strengthening projects efficient and 2- promote the application of UHPC in bridge engineering in the national scale relying on extensive domestic studies in order to localize it. Much effort has been made to present a comprehensive report on innovations and gained experiences in the field of using UHPC in the bridge industry during the last two decades in all parts of the world and investigate the main direction of future research pointing to the key constraints of the widespread use of this material for constructing and maintaining bridges.

    Keywords: : Ultra-High Performance Concrete (UHPC), Bridge Engineering, Rehabilitation, Strengthening, mix design
  • Majid Khosrow Beigi, Ashkan Khodabandehlou * Pages 79-94
    One of the most important factors in the design of the structures is providing seismic resistance against earthquakes-induced forces. Buildings might be subjected to stimulations of earthquake seismic components, which affect the structure in three perpendicular directions. In estimations of the earthquake forces, the vertical component is usually neglected or understated. However, the earthquake vertical component can lead to drastic stress changes in the structural elements, especially the concrete slabs with opening. In this study, the effect of earthquake vertical component on concrete slabs with opening has been investigated. Three concrete structures with 5, 8, and 12 stories and slab openings of 0, 15, 30, and 45 percent were subjected to the effect of the near-field record of Bam, Northridge, and El Centro earthquakes. Non-linear time history analysis was used to comparatively study the structural displacements and stresses. The results indicated that the contribution of vertical earthquake component in slabs displacements was not significant compared to that of three direction combination. On the other hand, it was inferred that the acquired stresses have a direct relationship with deformations generated in the slabs, so that in models with larger displacements, higher stress levels were detected. For both the three direction combination and the vertical direction earthquakes, increasing the opening percentage would result in growing more stress in concrete slabs. Generally, the maximum produced stress in the slabs was in some cases about sixty percent of the maximum stresses induced by three directional combined earthquakes.
    Keywords: Earthquake vertical component, Concrete Slab, opening, Non-linear time history analysis
  • Ramin Ketabfroush Badri *, Arash Asefi Pages 95-109
    The carbon-fiber-reinforced polymer sheets (CFRP) and steel jackets are typically used for strengthening of the concrete columns. In the current study, a new approach is considered for the columns retrofitted applying those materials simultaneously. The effect of hybrid methods on the performance of columns under lateral loading is investigated numerically. For this purpose, the numerical models are verified using valid laboratory tests on the columns confined with FRP or steel jackets. Strengthening methods of concrete columns in the present study include the combination of a CFRP layer of different thicknesses and a steel cage, which is made as a complete steel jacket or the combination of L-shaped sections with steel bands. The results show that the concurrent use of steel jacketing and CFRP wrapping techniques increase the bearing capacity of the column, up to 4 times the bearing capacity of the unreinforced column. The alternative steel jackets composed of the connection strips lead to better performance in terms of the increasing strength, as well as the ease of execution. Ultimately, it should be noted that the presence of carbon fibers reduces the ductility of the studied columns.
    Keywords: retrofitting, Steel Strips, CFRP sheets, Reinforced concrete column
  • AmirAli Shahmansouri, Habib Akbarzadeh Bengar *, Abouzar Jafari Pages 110-128

    Concrete rocking walls (CRWs) are an appropriate alternative for common concrete shear walls due to lower repair and downtime costs. Knowing the exact behavior of structural elements is generally achieved by conducting comprehensive experiments, which are costly and time-consuming. According to previous studies and research trends in the field of rocking walls, it is necessary to provide a comprehensive model for design purposes. It is difficult to provide a theoretical model for predicting the behavior of concrete rocking walls, which includes a variety of parameters, and simultaneous calculation of the effect of those parameters requires a comprehensive model. Providing such a model through classical or numerical methods, due to the complexity of the problem or modeling difficulties, requires much time and complex calculations. However, solving this problem by soft computing methods makes it possible to simplify and speed up these calculations. Therefore, this paper aims to develop a multi-objective neural network (MNN) model to predict the lateral behavior of CRWs. To generate the required data for modeling, experimental results were employed, and all the parameters affecting the lateral bearing capacity of CRWs were extracted to use them as input parameters. Finally, the lateral force-displacement and neutral axis-displacement curves were predicted as the output parameters. Besides, the accuracy of the existing equations presented in international concrete codes and developed by researchers in predicting the flexural strength of CRWs was investigated using the results of experiments performed on these walls. This study shows that the MNN model predicts the lateral behavior of CRWs with acceptable accuracy. This model is able to correctly predict initial stiffness, secondary stiffness, maximum strength, and rotational capacity. According to the results, the terms of the concrete design codes of the United States (ACI 318-14), New Zealand (NZS 3101), and Australia (AS 3600) predict the flexural strength of CRWs in the range of 0.59 to 0.99 actual values. Also, Canada's concrete design code (CSA-A23.3-04) provides a highly unconservative prediction of the walls' flexural strength. Nevertheless, the MNN model showed more accurate predictions in comparison with the investigated codes and existing expressions.

    Keywords: Concrete Rocking Walls, Multi-Objective Neural Network, post-tensioning, Lateral Behavior Estimation
  • Gholamreza Nouri *, Mehran Tirandazian Pages 129-151
    Recent growth in the construction of wind farms with concrete piles in seismic areas with liquefaction potential has necessitated the evaluation of the seismic performance of these structures. In this paper, the effect of liquefaction on the seismic response of wind turbines supported by reinforced concrete mono-pile is investigated. Nonlinear dynamic analysis has been performed by finite element method in OpenSees software. Beams on a nonlinear Winkler foundation method was applied. The responses of reinforced concrete mono-pile foundation was studied for two sets of far and near field earthquake record and four different groups were considered for liquefied sandy soils with different coefficients of internal friction, shear wave velocity, relative compaction percentage and porosity. The results showed that with increasing the coefficient of internal friction and soil compaction rate, the amount of excess pore pressure of the soil adjacent to the RC mono-pile decreases. Also, as the thickness of the liquefied layer increases, the pressure of the extra pore water around the mono-pile will decrease but the displacement of the mono-pile will increase
    Keywords: Wind Turbine, Mono-pile, Excess pore pressures, Far Field Earthquake, Near Field Earthquake
  • Hesam Madani, Javid Hosseinbor * Pages 152-166

    The present study investigates the mechanical properties and durability of geopolymer mixtures produced based on pumice natural pozzolan, ground granulated blast furnace slag (GGBFS) and waste soil of aggregate production plants. The aforementioned materials were used in the hybrid form to produce geopolymer. For this purpose, waste soil and pozzolans have been replaced with slag at the levels of 25%, 50% and 75%. The characteristics which have been studied were, compressive strength, flexural strength, sorptivity, rapid chloride ion migration (RCM) coefficient and water absorption content. In addition, different curing conditions were investigated for different mixtures and the results have been compared with each other. The present results indicate that due to the lower reactivity of the natural pozzolan and the waste soil compared to GGBFS, partial replacement of these materials with slag enhanced the mechanical and durability properties, so that the best mixture in terms of durability properties was P25S75. This mix outperformed the S100 mixture in several characteristics. The combined use of GGBFS and the waste soil has also improved the characteristics compared to the mixture with 100% waste soil, which was significantly higher than the promoting effect of GGBFS on the natural pozzolan.

    Keywords: Geopolymer, Ground granulated blast furnace slag (GGBFS), Pozzolan, Waste soil, Durability, Mechanical Strength
  • Shima Bijari * Pages 167-180
    To optimize the cost of a reinforced concrete ribbed slab, the cost of concrete and steel used in it should be reduced. In other words, the cross section area of concrete and steel of structure should be reduced. To calculate the cross section area of concrete and steel of concrete ribbed slab, six design variables are defined that are related to slab thickness, bar diameter and ribs dimensions. The floor system of a structure made of reinforced concrete requires the efficient transfer of floor loads to vertical systems through the capacity of resistance to shear, bending and torsion. In addition to the need for strength, floors must meet the deformation criteria with a low crack width and deflection. The combination of these factors constitutes the constraints of slab cost optimization. To solve this optimization problem in this paper, the colliding bodies optimization (CBO) algorithm is used. The CBO algorithm is a new metaheuristic algorithm that has been developed in recent years and its main difference with other metaheuristic algorithms is that it does not require input parameters and their adjusting and requires less computational effort and time. In order to evaluate the effect of loading and beam span parameters on the optimal cost of concrete slabs, three different cases are defined. In each case, one loading state and four different beam spans are considered. In each state, due to the change of input parameters, the optimal design problem is executed independently and the value of the objective function and the corresponding value of the design variables are determined. In this way, the sensitivity of the optimal cost of concrete slabs to the loading and beam span parameters is analyzed. The results of this study Shows the effect of changes in beam span on the cost of ribbed concrete slab is much greater than the effect of load changes on the cost of slab. By increasing the beam span by 50%, the cost of the slab becomes more than doubles. In other words, the least change in the objective function due to changes in the length of the beam span in a certain loading case, has resulted in an increase of about 100% in the objective function, but the effect of loading on changing the cost of ribbed slab is much less. The greatest effect of loading was to change the value of the objective function by about 13%
    Keywords: Metaheuristic Algorithm, optimization, reinforced concrete, Structure Design, Concrete Ribbed Slab Cost
  • Alireza Bagheri *, M.H. Noormohammadbeyk, S.H. Kashian, H Zanganeh Pages 181-200

    The use of shrinkage reducing admixtures, is one of the methods for reducing concrete drying shrinkage. As many of commercial shrinkage reducing admixtures are glycol-based, in this study the performance of polyethylene glycol as a shrinkage reducing admixture was studied. In the first phase the basic properties of the material were determined and its effect on workability, compressive strength development and free shrinkage of cement mortars containing various dosages of this material, from 1.5 to 3 % by cement weight, was investigated. In the second phase of this research, the effect of polyethylene glycol on various properties of concrete including; workability, compressive and tensile strength development, free shrinkage and cracking potential in restrained ring test was studied. The results showed that using polyethylene glycol at a dosage of 2, 3% by cement weight results in considerable reduction in free shrinkage and also the cracking potential under restrained conditions. However the effect is lower than that reported for the commercial materials.

    Keywords: drying shrinkage, Shrinkage Reducing Admixture, polyethylene glycol, Restrained ring test