ارزیابی تأثیر سنگدانه‌های متالورژیک (سرباره فولاد و مس) بر خصوصیات مکانیکی بتن در روسازی‌های بتنی ساده درزدار(JPCP)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران گرایش مهندسی راه و ترابری دانشگاه آزاد واحد خمین

چکیده

این مقاله به بررسی و ارزیابی استفاده از سرباره به عنوان سنگدانه در بتن و تأثیر آن بر خصوصیات بتن، از جمله مقاومت‌های مکانیکی (فشاری، خمشی، سایشی و ...) برای کاربرد آن در روسازی‌های بتنی ساده درزدار (JPCP) می‌پردازد. متغیر اصلی، تغییر نوع سنگدانه مخلوط بتنی شامل سنگدانه طبیعی (سیلیسی)، سرباره مس و سرباره فولاد است. سرباره‌های مذکور در مقیاس ریزدانه و درشت‌دانه و درصدهای صفر، 50 و 100، جایگزین سنگدانه‌ طبیعی شده است. نتایج نشان داد که نمونه‏های بتنی ساخته شده از سنگدانه سرباره مس (100CSA) در مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم، مقاومت خمشی و کارایی بتن (اسلامپ) نسبت به بقیه نمونه‌ها بیشترین مقدار مقاومت را داشتند. استفاده از سرباره مس، به دلیل وزن مخصوص زیاد، موجب افزایش وزن مخصوص بتن نیز گردید که یک امتیاز منفی محسوب می‌گردد. نمونه‏های بتنی با سنگدانه سیلیسی (100NA) بهترین مقاومت سایشی بعد از 600 سیکل سایش را از خود نشان دادند. در نهایت، با توجه به نتایج آزمایش‌های انجام شده و اهمیت هر آزمایش، مشخص شد که نمونه‌های بتنی ساخته شده از ۵۰ درصد سنگدانه سرباره مس و ۵۰ درصد سنگدانه سیلیسی (50NA+50CSA)، عملکرد بتن را در بین پنج طرح اختلاط ساخته شده در این پژوهش افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Effect of Metallurgical Aggregates (Steel and Copper Slag) on Mechanical Properties of Concrete in Jointed Plain Concrete Pavements (JPCP)

نویسندگان [English]

  • SeyedMohsen Mirnezami 1
  • abolfazl hassani 2
  • Arash Bayat 3
1 Department of Roads and Transportation, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modarres University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Department of Roads and Transportation, Khomain Branch of Azad University
چکیده [English]

This paper investigates and evaluates the use of slag as aggregate in concrete and its effect on concrete properties including mechanical strengths (compressive, flexural, abrasion, etc.) for its application in simple jointed plain concrete pavements (JPCP). The main variable of changing the type of aggregate in the concrete mixture is natural aggregate (silica), copper slag and steel slag. The aforementioned slags have been replaced with natural aggregate in fine and coarse scales and percentages of 0, 50 and 100. Results showed that concrete samples made of copper slag aggregate (100CSA) had the highest resistance in compressive strength, indirect tensile strength, flexural strength and concrete workability (slump) compared to the other samples. The use of copper slag, due to its high specific gravity, also increased the specific gravity of concrete, which is considered a negative point. Concrete samples with silica aggregate (100NA) showed the best abrasion resistance after 600 abrasion cycles. Finally, considering the results of the tests and the importance of each test, it was found that concrete samples made of 50% copper slag aggregate and 50% silica aggregate (50NA+50CSA) increased the concrete performance among the 5 mix designs made in this study.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Jointed plain concrete pavement (JPCP)
  • Mechanical properties
  • Slag aggregates

مراجع

Al-Jabri, K. S., et al. 2009. “Performance of high strength concrete made with copper slag as a fine aggregate”. Constr. Build. Mater., 23(6): 2132-2140.
Al-Jabri, K. S., Al-Saidy, A. H. and Taha, R. 2011. “Effect of copper slag as a fine aggregate on the properties of cement mortars and concrete”. Constr. Build. Mater., 25(2): 933-938.
ASTM C944. 1999. “Standard test method for abrasion resistance of concrete or mortar surfaces by the rotating-cutter method”. American Society for Testing and Materials.
ASTM C496. 2004. “Standard test method-for-splitting tensile strength of cylindrical concrete specimens”. Annual Book of ASTM Standards.
ASTM C597. 2009. “Standard test method for pulse velocity through concrete”. ASTM International, West Conshohocken.
ASTM C1688. 2010. “Fresh concrete density (unit weight) and void content”. American Society for Testing and Materials.
ASTM C31. 2015. “Standard practice for making and curing concrete test specimens in the field”. American Society for Testing and Materials.
ASTM C143. 2015. “Standard test method for slump of hydraulic-cement concrete”. American Society for Testing and Materials.
ASTM C78. 2016. “Standard test method for flexural strength of concrete (Using simple beam with third-point loading)”. American Society for Testing and Materials.
ASTM. 2020. “ASTM D8021-20, standard guide for blast furnace and steel furnace slag as produced during the manufacture of iron and steel”, International, West Conshohocken, PA.
Bentur, A. and Mindess, S. 2006. “Fiber Reinforced Cementitious Composites”. Spons Architecture Price Book.
Caliskan, S. and Behnood, A. 2004. “Recycling copper slag as coarse aggregate: hardened properties of concrete”. Seventh International Conference on Concrete Technology in Developing Countries.
Gorai, B. and Jana, R. 2003. “Characteristics and utilisation of copper slag-a review”. Resour., Conserv. Recy., 39(4): 299-313.
Huang, Y. H. 1993. “Pavement analysis and design”. Prentice Hall, The University of Kentucky.
ICSG. 2015. “The world copper-factbook”. International Copper Study Group, Lisbon, Portugal, 64 p.
Khanzadi, M. and Behnood, A. 2009. “Mechanical properties of high-strength concrete incorporating copper slag as coarse aggregate”. Constr. Build. Mater., 23(6): 2183-2188.
Mehta, P. and Monteiro, K. 2006. “Concrete microstructure, properties, and materials”. 3rd Edition, McGraw-Hill, New York.
Ministry of Road and Urban Development, Deputy of Technical, Infrastructure and Production Affairs. 2017. “Design, construction and maintenance manual for highways concrete pavements”. No. 731. [In Persian]
Monshi, A. and Asgarani, M. K. 1999. “Producing Portland cement from iron and steel slags and limestone”. Cement Concrete Res. 29: 1373-1377.
NSA. 2001. “Steel slag a premier construction aggregate”.  www.nationalslag.org/Archive/nsa_steel_furnace_
     brochure.pdf. Accessed Online: 5/8/2016.
Rezaei Lori, A., Bayat, A. and Azimi, A. 2019. “Influence of the replacement of fine copper slag aggregate on physical properties and abrasion resistance of pervious concrete”. Road Mater. Pavement Design, 22: 835-851.
Sayadi, M. K., Heydari, M. and Shahanaghi, K. 2009. “Extension of VIKOR method for decision making problem with interval numbers”. Appl. Math. Model., 33(5): 2257-2262.
Sivasakhti, M., Jeyalakshmi, R. and Rajamane, N. P. 2020. “Fly ash geopolymer mortar: Impact of the substitution of river sand by copper slag as a fine aggregate on its thermal resistance properties”. J. Clean Prod., 279: 123766.
USEPA. 2011. Identification of nonhazardous secondary materials that are solid waste”. US Environmental Protection Agency.
Wu, W., Zhang, W. and Ma, G. 2010. “Mechanical properties of copper slag reinforced concrete under dynamic compression”. Constr. Build. Mater.,  24(6): 910-917.
Yildirim, I. Z. and Prezzi, M. 2009. “Use of steel slag in subgrade applications”. Joint Transportation Research Program, Indiana, 270 p.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 17 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری: 24 دی 1403
  • تاریخ پذیرش: 06 دی 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار