ارزیابی آزمایشگاهی و بررسی تحلیلی روسازی بتن غلتکی تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن و پودر متاکائولن

نصیری راد, امیر محمد; مستخدمین حسینی, محمدرضا

doi:10.22075/jtie.2024.32369.1657

ارزیابی آزمایشگاهی و بررسی تحلیلی روسازی بتن غلتکی تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن و پودر متاکائولن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

امیر محمد نصیری راد ¹

محمدرضا مستخدمین حسینی ²

¹ دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، واحد مهدیشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، مهدیشهر، ایران

² گروه مهندسی عمران، واحد مهدیشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، مهدیشهر، ایران

10.22075/jtie.2024.32369.1657

چکیده

هدف از این پژوهش بررسی آزمایشگاهی و تحلیل رفتار روسازی بتن غلتکی تقویت شده به کمک پودر متاکائولن و الیاف پلی پروپیلن می باشد. به منظور ارزیابی این هدف، 16 طرح اختلاط متفاوت ساخته شد. در این طرح ها اثر استفاده از الیاف پلی پروپیلن در مقادیر صفر، 0.05، .0.1 و 0.2 درصد حجمی سیمان و پودر متاکائولن در مقادیر صفر، 7.5، 15 و 22.5 درصد وزنی سیمان به صورت مجزا و همزمان در بتن غلتکی بررسی گردید. آزمایشات مقاومت فشاری، مقاومت کششی و آزمون جذب آب بر روی تمامی نمونه ها انجام شد. نتایج بررسی نشانگر وجود بیشترین مقاومت فشاری در مصرف همزمان 0.1 درصد الیاف پلی پروپیلن و 15 درصد متاکائولن است. در این ترکیب، مقاومت فشاری 7 و 28 روزه نسبت به نمونه مرجع به ترتیب به میزان 51 و 25 درصد افزایش یافت. ترکیب فوق بیشترین افزایش در مقاومت کششی را نیز نشان داد (42 درصد). بیشترین کاهش جذب آب به میزان 11 درصد در مصرف همزمان 0.1 درصد الیاف پلی پروپیلن و 22.5 درصد متاکائولن نسبت به نمونه مرجع رخ داد. فرمولهای تحلیلی مقاومت و جذب آب در بتن غلتکی به صورت توابع دو متغیره از متاکائولن و الیاف پلی پروپیلن به خوبی خواص بتن غلتکی و درصد بهینه استفاده از ترکیبات فوق را پیش بینی نمود.

کلیدواژه‌ها

بتن غلتکی

الیاف پلی پروپیلن

پودر متاکائولن

مقاومت فشاری و کششی

جذب آب

موضوعات

روسازی

عنوان مقاله English

Experimental and analytical investigation of metakaolin and polypropylene fiber addition on some properties of roller compacted concrete pavement

نویسندگان English

Amir Mohammad Nasiri Rad ¹

Mohammad Reza Mostakhdemin Hosseini ²

¹ Structure M.Sc., Department of Civil Engineering, Mahdishahr Branch, Islamic Azad University, Mahdishahr, Iran

² Department of Civil Engineering, Mahdishahr Branch, Islamic Azad University, Mahdishahr, Iran

چکیده English

In this study, mechanical properties of roller compacted concrete pavement (RCCP) containing metakaolin (MK) with or without polypropylene fibers (PP) are experimentally and analytically investigated. For this purpose, sixteen different mixes were designed and tested in the lab. The effect of using polypropylene fibers in 0, 0.05, 0.1 and 0.2 percent of cement volume with metakaolin powder in 0, 7.5, 15 and 22.5 percent of cement weight was investigated. Compressive strength, tensile strength and water absorption were evaluated. The results showed that the highest compressive strength occurs in the combination of 0.1% of PP and 15% of MK that increases the compressive strength of 7 and 28 days respectively, by 51% and 25% compared to the reference sample. The tensile strength using the above combination increased 42%, which is the highest increase in the tensile strength. With using of 0.1% of PP and 22.5% of MK, maximum decrease in water absorption was observed by 11% compared to the reference sample. In this research, analytical formulas predicted properties of the RCCP and estimated optimal combination of the PP and MK.

کلیدواژه‌ها English

Roller compacted concrete pavement

Metakolin powder

Polypropylene fibers

Compressive and Tensile strength

Water absorption

Abu-Bakr, M., Mahmood, H. F. and Mohammed, A. A. 2022. “Investigation of metakaolin and steel fiber addition on some mechanical and durability properties of roller compacted concrete”. Case Stud. Constr. Mater. 16: e01136.
ACI Committee 211. 2009. “Guide for selecting proportions for no-slump concrete”. Reported by ACI Committee 211, Vol. 02.
ACI 232.2R-18. 2018. “Report on the use of fly ash in concrete”. Reported by ACI Committee 232.
Ali, B., Qureshi, L. A. and Kurda, R. 2020. “Environmental and economic benefits of steel, glass, and polypropylene fiber reinforced cement composite application in jointed plain concrete pavement”. Compos. Commun., 22: 100437.
ASTM C 618-08a. 2008. “American standard for testing and materials, standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete”. West Conshohocken, PA, USA.
ASTM C496. 2013. “Standard test method for splitting tensile strength of cylindrical concrete specimens”. West Conshohocken, PA, USA.
ASTM D1557. 2013. “Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using modified effort”. West Conshohocken, PA, USA.
ASTM C642. 2013. “Standard test method for density, absorption and voids in hardened concrete”. West Conshohocken, PA, USA.
Benouadah, A., Beddar, M. and Meddah, A. 2017. “Physical and mechanical behavior of a roller compacted concrete with polypropylene fiber”. J. Fundamen. Appl. Sci., 9(2): 623-635.
BS1881: Part 116. 1983. “Testing concrete method for determination of compressive strength of concrete cubes”. London, British Standard Institution.
Dubey, S., Chandak, R. and Yadav, R. 2015. “Effect of metakaolin on compressive strength of high strength concrete”. Int. J. Emerg. Trends Eng. Dev., 4(5).
El-Diadamony, H., Amer, A. A., Sokkary, T. M. and El-Hoseny, S. 2016. “Hydration and characteristics of metakaolin pozzolanic cement pastes”. HBRC J., 14(2): 150-158.
Elsaigh, W. A., Kearsley, E. P. and Robberts, J. M. 2005. “Steel fiber reinforced concrete for road pavement applications”. Proceedings: 24th South African Transportation Conference, Pretoria, South Africa, pp. 191-201.
Esakki, A. D. K., Dev, S. K. A., Gomathy, T. and Gifta, C. C. 2023. “Influence of adding steel–glass–polypropylene fibers on the strength and flexural behaviour of hybrid fiber reinforced concrete”. Materials Today: Proceedings.
Hamzah, A. A. and Al-Shadeedi, M. B. 2008. “Evaluation of properties of roller compacted concrete”. 1st Reg. Conf. Eng. Sci. NUCEJ Spat. 3 (Issue 11), pp. 366-373.
Hassan, A. A., Lachemi, M. and Hossain, K. M. 2012. “Effect of metakaolin and silica fume on the durability of self-consolidating concrete”. Cement Concrete Compos., 34(6): 801-807.
Madhkhan, M., Azizkhani, R. and Torik, M. E. 2011. “Roller compacted concrete pavement reinforced with steel and polypropylene fibers”. Struct. Eng. Mech. 40(2): 149-165.
Maafi, N., Benouadah, A., Benammar, A., Kessal, O., Belkadi, A. A. and Beddar, M. 2023. “The effects of polypropylene fibers on the mechanical and durability performance of a roller compacted concrete for pavement”. Int. J. Pavement Res. Technol.
Murali, G. and Sruthee, P. 2012. “Experimental study of concrete with metakaolin as partial replacement of cement”. Int. J. Emerg. Trends Eng. Dev. 4(5).
Neocleous, K., Angelakopoulos, H., Pilakoutas, K. and Guadagnini, M. 2011. “Fiber reinforced roller-compacted concrete transport pavements”. Proc. ICE – Transp. 164 (TR1): 1-13.
Ozturk, O. and Ozyurt, N. 2022. “Sustainability and cost-effectiveness of steel and polypropylene fiber reinforced concrete pavement mixtures”. J. Clean. Prod., 363: 132582.
Reddy, K. A., Krishna, G. R. and Balguri, P. K. 2022. “Experimental investigation on the properties of SCC containing metakaolin and polypropylene fibre”. Mater. Today: Proc., 62: 3006-3010.
Toutounchi, S., Dabiri, R. and Dilmaghani, S. 2023. “Study of fiber reinforced polymer (FRP) effects on roller compacted concrete mechanical properties with using ultrasonic pulse velocity in cold region”. J. Transpor. Eng., 13(3): 1729-1750.
Vahedifard, F., Nili, M. and Meehan, C. L. 2010. “Assessing the effects of supplementary cementitious materials on the performance of low-cement roller compacted concrete pavement”. Constr. Build. Mater., 24(12): 2528-2535.
Yazici, Ş., Mardani-Aghabaglou, A., Tuyan, M. and Üte, A. A. 2015. “Mechanical properties and impact resistance of roller-compacted concrete containing polypropylene fibre”. Magaz. Concrete Res., 67(16): 867-875.