خواص مهندسی بتن با استفاده نسبی از شن و ماسه ریخته گری استفاده شده

ضایعات جامد تولید شده از صنایع تولیدی با سرعت نگران کننده ای در حال افزایش است و به طور مداوم در حال افزایش است. یکی از این زباله های جامد صنعتی، ماسه ریخته گری استفاده شده (UFS) است. از طرفی خوبه
سنگدانه های درگیر در بتن معمولاً شن و ماسه رودخانه ای هستند که کمیاب، هزینه بالا و حفاری هستند.
شن و ماسه رودخانه که باعث تخریب محیط زیست می شود. بنابراین، اصرار برای یافتن جایگزینی وجود دارد
راه حلی برای دفع UFS و محدود کردن استفاده از شن و ماسه رودخانه. در این کار تحقیقاتی، شن و ماسه رودخانه تا حدی بود
با UFS جایگزین شد. درصد جایگزینی به ترتیب 0، 5، 10، 15، 20 و 25 درصد وزنی بود.
تحقیقات تجربی برای ارزیابی خواص مکانیکی، دوام و ریزساختاری بتن M20 در سنین 7، 28 و 91 روزگی انجام شد. XRD (اشعه ایکس پراش)، EDX
(Energy Dispersive X-ray) و آنالیز تصویربرداری میکروسکوپی نوری برای شناسایی وجود ترکیبات مختلف و ریز ترک‌ها در بتن با UFS انجام شد. مطالعات تطبیقی در مورد کنترل
مخلوط در برابر مخلوط آزمایشی انجام شد. مشخص شد که مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و
مدول الاستیسیته تقریباً تا 20 درصد وزنی UFS ثابت بود و با افزایش بیشتر کاهش یافت. در حالی که استحکام کششی شکافته پس از افزودن 20 درصد وزنی افزایش یافت اما بر سایر خواص تأثیر می گذارد
از بتن نتایج آزمون دوام نشان داد که مقاومت بتن در برابر سایش و سریع است
نفوذپذیری کلرید مخلوط بتن حاوی UFS تا 20 درصد وزنی تقریباً مشابه
مقادیر ترکیب کنترل یافته ها نشان می دهد که UFS می تواند به طور موثر جایگزین شن و ماسه رودخانه شود. با این حال، توصیه می شود که جایگزینی بیش از حد نباشد

1. معرفی
استفاده از بتن در توسعه معماری و ساخت و ساز بخشی جدایی ناپذیر از تمدن بشر مدرن است. کلید
اجزای تشکیل دهنده بتن مدرن سیمان، ماسه رودخانه و سنگدانه هستند که نقش مهمی در طراحی اختلاط دارند. از آنجایی که مصرف ماسه رودخانه در رشد سریع زیرساخت ها زیاد است،
تقاضا برای همین در کشورهای در حال توسعه نیز بسیار زیاد است.
جایگزینی شن و ماسه رودخانه، به طور جزئی یا کامل، در حال بررسی است
به عنوان رویکردی برای مقابله با این مشکل. جایگزینی این جزء یک چالش کلیدی برای رسیدگی به اثر منفی این جایگزینی است که عمدتاً به توسعه قدرت در
بتن (نرامیتکورنبوری و همکاران، 2015). مواد زائد مانند
مواد تخریب بازیافتی، سرباره، شیشه بازیافتی کف شده، کلسیم

بقایای کاربید، UFS، خاکستر بادی و غیره در حال حاضر به عنوان مواد سیمانی مکمل استفاده می شود و اخیرا مورد مطالعه قرار گرفته است.
دهه ها (Arulrajah و همکاران، 2015؛ Phetchuay و همکاران، 2014؛ رحمان
و همکاران، 2015). در بین این مواد، استفاده از UFS نبوده است
تحقیقات قابل توجهی انجام شده است و هنوز منطقه ای ناشناخته باقی مانده است
از نظر استفاده به عنوان مکمل برای شن و ماسه رودخانه (Arulrajah
و همکاران، 2017). بنابراین، مطالعات در مورد استفاده بالقوه از این
جایگزینی در نهایت مهم است.
UFS از صنایع ریخته گری فلزات آهنی و غیرآهنی هستند
بیشتر به عنوان مواد پرکن زمین دور ریخته می شود یا در بارون باز ریخته می شود
سرزمین ها (Saraswati et al., 2013; Md et al., 2013; Amritkar et al., 2015).
در مقابل چندین کشور با مشکل عرضه مواجه هستند
شن و ماسه رودخانه برای پاسخگویی به نیازهای روزافزون ساخت و ساز
(باهوریا و همکاران، 2013؛ پرابهو و همکاران، 2015). UFS مزاحمت ایجاد می کند
به مردم از طریق آلودگی هوا و آب. به خاطر اینکه
افزایش شهرنشینی، کمبود زمین برای دفع، سختگیرانه
قوانین و مقررات دولتی، آگاهی عمومی

افزایش هزینه حمل و نقل، دفع معمولی شن و ماسه ریخته گری را بسیار دشوار می کند. این یک موضوع هشدار دهنده برای پایداری صنایع ریخته گری فلز و محیط زیست است. پس اینطور
برای یافتن راه حل برای استفاده از ریخته گری استفاده شده بسیار مهم است
شن و ماسه و کاهش استخراج ماسه از بستر رودخانه. آنجا
در صنعت ریخته گری از انواع مختلف کلاسورها استفاده می شد
برای چسباندن ذرات ماسه کلاسورهای پرکاربرد خاک رس بودند
شن و ماسه پیوند خورده و ماسه با پیوند شیمیایی. در این کار پژوهشی،
UFS به شکل ماسه با پیوند شیمیایی (سیلیکات سدیم) بود
برای تحقیقات تجربی استفاده می شود.
چند محقق تازه و سخت شده را بررسی کرده بودند
خواص بتن حاوی خاک رس پیوند UFS برای دانستن
امکان جایگزینی ماسه رودخانه در بتن. آنها به این نتیجه رسیدند که امکان جایگزینی سنگدانه ریز وجود دارد اما
تعداد جایگزین ها متفاوت بود (سینگ و صدیق،
2012 a, 2012b; صدیق و همکاران، 2009). این به دلیل نوع و
مقدار چسب مورد استفاده در شن و ماسه قالب گیری که بر روی
خواص فیزیکی تا حد زیادی
کاربردهای بالقوه UFS را می توان به سه دسته تقسیم کرد
دسته بندی اصلی یعنی بازیافت، ژئوتکنیک و خاکی
برنامه های کاربردی. از جمله موارد فوق، کاربردهای ژئوتکنیکی دارند
دامنه وسیعی برای استفاده از مقدار زیادی UFS در راه است
از ریخته گری ها مزایای جایگزینی UFS در بتن
به کاهش اثرات زیست محیطی و اقتصادی کمک می کند (پرابهو
و همکاران، 2015; سینگ و صدیق، 2012 الف). این امر توانایی پایداری صنایع ریخته گری را ارتقا می دهد.
این مقاله تحقیقاتی نتایج تجربی انجام شده را مورد بحث قرار می دهد
برای ارزیابی خواص بتن تازه، اتصالات مکانیکی مناسب (مقاومت فشاری، مقاومت کششی شکافی، خمشی
استحکام و مدول الاستیسیته)، خواص دوام (سرعت پالس فراصوت، نفوذپذیری سریع کلرید، جذب آب
و مقاومت در برابر سایش) و تجزیه و تحلیل ریز ساختاری، پس از جایگزینی جزئی سنگدانه ریز طبیعی توسط UFS.
2. مواد و روشها
2.1. سیمان
سیمان پوزولانا پرتلند 53 درجه یک برند اولتراتک تک
مقدار زیادی در طول تحقیق استفاده شد. سیمان استفاده شده بود
تازه و بدون هیچ توده ای خواص فیزیکی و شیمیایی
الزامات IS: 8112-1989 را برآورده کند.
2.2. مصالح
شن و ماسه رودخانه ای طبیعی با حداکثر اندازه و دستگاه 4.75 میلی متر
فلز گرانیت آبی خرد شده با حداکثر اندازه 20 میلی متر از محلی
صنعت سنگ شکن به ترتیب به عنوان سنگدانه ریز و درشت استفاده شد. هر دو سنگدانه عاری از ناخالصی هایی مانند گرد و غبار، خاک رس بودند
ذرات، مواد آلی و غیره، و مطابق با IS: 383-1970 آزمایش شده است. این
خواص فیزیکی UFS، سنگدانه های ریز و درشت داده شد
در جدول 1

میز 1
خواص فیزیکی UFS، سنگدانه های ریز و درشت.
پارامترهای UFS سنگدانه ریز سنگدانه درشت
رطوبت (%) 0.60 0.33 0.55
چگالی ظاهری (kg m3
) 1811 1710 1640
وزن مخصوص 2.36 2.62 2.76
مدول ظرافت 2.37 2.60 7.12
جذب آب (%) 0.90 1.13 0.70
خاک رس و ذرات شکننده (%) 1.4 – –
مواد ریزتر از 150 میلی متر (%) 1.1 3.9 Ni

2.3. ماسه ریخته گری استفاده شده
نمونه ای از ماسه ریخته گری با پیوند شیمیایی استفاده شده (سدیم
سیلیکات) در کیسه هایی از ریخته گری محلی واقع در کویم باتوره، تامیلنادو جمع آوری شد. UFS به مدت سه با آب شیرین شسته شد
بار برای حذف ریزه ها و ذرات خاک رس. سپس در آن خشک شد
نور خورشید به مدت دو روز و در مخلوط بتن استفاده می شود. فیزیکی
خواص و اندازه ذرات UFS مورد استفاده در این آزمایش
کار به ترتیب در جداول 1 و 2 آورده شده است.
2.4. اب
آب آشامیدنی محلی بدون روغن، اسید، قلیایی، نمک در دسترس است
و مواد آلی برای اختلاط و پخت استفاده شد.
2.5. نسبت ها را مخلوط کنید
مخلوط‌های بتن در میکسر غلتکی نیرو محور تهیه شد
ظرفیت 0.76 سانتی متر، شش نسبت مختلف مخلوط بتن بود
ساخته شده، در این اولین مخلوط کنترل و پنج مخلوط دیگر بود
حاوی UFS بود. سنگدانه ریز از نظر وزن با UFS جایگزین شد
درصد سنگدانه های ریز جایگزین شده 5، 10، 15، 20 و
25 درصد وزنی نسبت مخلوط به دست آمده 1:1.53:3.13 با بود
نسبت آب سیمان 0.5 مطابق با IS: 10262-1982 و داده شد
در جدول 3.
2.6. اندازه نمونه های مورد استفاده برای ارزیابی نتایج آزمایش
تمام نمونه های مورد استفاده در کار آزمایشی توسط IS: 516-1959، قالب های مکعبی با اندازه 150 150 میلی متر توصیه شده است.
برای یافتن مقاومت فشاری و پالس اولتراسونیک استفاده شد
سرعت قالب های استوانه ای به قطر 150 میلی متر و طول 300 میلی متر،
نمونه های بتنی برای تعیین شکاف تهیه شدند
استحکام کششی و مدول الاستیسیته تیرهایی با اندازه
100 100 500 میلی متر برای ارزیابی خمشی تهیه شد
مقاومت بتن سیلندرها (قطر 100 میلی متر و
طول 200 میلی متر) برای مقاومت در برابر نفوذ سریع کلرید ریخته گری شدند
تست.
تعداد نمونه های بتن مورد آزمایش برای هر آزمایش سه نمونه بود
نمونه ها از هر مخلوط دسته ای با این حال، نتیجه فردی
تنوع مجموعه ای از نمونه ها نباید بیش از 15 درصد باشد
میانگین. اگر بیشتر بود، نتیجه آزمایش نمونه در نظر گرفته نمی شد و آزمایش تکرار می شد. مقدار میانگین بدست آمده از
این نمونه ها برای ارزیابی طراحی مخلوط استفاده شد.
2.7. تجزیه و تحلیل ریزساختار
ترکیبات ریز ساختاری و شیمیایی نمونه ها
با استفاده از ابزار SEM و EDX JEOL JSM6360LV مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین ماده شیمیایی از شدت پیک XRD استفاده شد
ترکیب و فاز موجود در سیستم این کار توسط
با استفاده از SHIMADZU XRD-6000. داده های تصویر نوری از سطح
ویژگی های جذب و پراکندگی سازه را اندازه گیری می کند
تحت بررسی. دوربین دیجیتال با کیفیت بالا استفاده شد
برای ثبت تصاویری با وضوح 1 میلی متر که به صورت آنی بودند
برای پردازش تصویر دیجیتال به کامپیوتر منتقل می شود.
3. نتایج و بحث
3.1. خواص بتن تازه
خواص بتن تازه مانند اسلامپ، ضریب تراکم،
چگالی بتن تازه، محتوای هوا و درجه حرارت مطابق با مشخصات استاندارد هند IS: 1199- تعیین شد.
1959. نتایج در جدول 4 ارائه شده است

جدول 2
تجزیه و تحلیل غربال UFS.
اندازه غربال IS وزن حفظ شده (گرم) وزن حفظ شده (%) درصد تجمعی درصد عبور
4.75 میلی متر 0 0 0 100
2.36 میلی متر 45 4.50 4.50 95.50
1.18 میلی متر 62 6.20 10.70 89.30
600 میلی متر 165 16.50 27.20 72.80
300 میلی متر 688 68.80 96.00 4.00
150 میلی متر 29 2.90 98.90 1.10
پان 11 1.10 100 0
مدول ظرافت UFS = 237/100 = 2.37
جدول 3
نسبت های طراحی را مخلوط کنید (M20).
مواد CM1-0 TM1-5 TM1-10 TM1-15 TM1-20 TM1-25
سیمان (کیلوگرم متر 3
) 394 394 394 394 394 394
شن و ماسه رودخانه (کیلوگرم مترمربع
) 604 573.8 543.6 513.4 483.2 453
UFS (%) 0 5 10 15 20 25
UFS (کیلوگرم متر 3
) 0 30.20 60.4 90.6 120.8 151
سنگدانه درشت (kg m3
) 1235 1235 1235 1235 1235 1235
نسبت حجمی آب به سیمان 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
آب (کیلوگرم متر 3
) 197 197 197 197 197 197
جدول 4
خواص بتن تازه
بدون مخلوط / خاصیت بتن CM1-0 TM1-5 TM1-10 TM1-15 TM1-20 TM1-25
اسلامپ (میلی متر) 110 100 100 90 85 80
ضریب تراکم 0.94 0.94 0.92 0.90 0.90 0.90
چگالی بتن تازه (kg m3
) 2373 2372 2369 2366 2360 2355
محتوای هوا (%) 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
دمای هوا (C) 27 27 28 28 28 27
دمای بتن (C) 26 28 28 27 28 27

3.2. خواص بتن سخت شده
3.2.1. خواص مکانیکی بتن
3.2.1.1. مقاومت فشاری. مقاومت فشاری در 7،
بتن M20 14، 21 و 28 روزه با درصدهای مختلف
UFS جایگزین شده در شکل 1 نشان داده شده است. نتایج 28 روزه کنترل (0
درصد وزنی UFS) و مخلوط آزمایشی (20 درصد وزنی UFS) 24.8 و 26.5 مگاپاسکال بود.
به ترتیب. مقاومت فشاری مخلوط های بتن ساخته شده
با UFS تا 20 درصد وزنی تقریباً برابر با کنترل است
مخلوط کردن. با این حال، مخلوط آزمایشی (TM1-25) قدرت کمتری نشان داد
در مقایسه با ترکیب CM1-0 این احتمالاً به دلیل افزایش است
در مساحت سطح ذرات ریز منجر به کاهش آب می شود
ژل سیمان در ماتریس بنابراین، فرآیند اتصال درشت و خوب است
تجمع به درستی انجام نمی شود

3.2.1.2. تقسیم مقاومت کششی استحکام کششی تقسیم شده به 7 می رسد
و 28 روز بتن پخت شده M20 با درصدهای متفاوت
ماسه ریخته گری استفاده شده جایگزین شده در شکل 2 نشان داده شده است. نتایج 28 روز
کنترل (CM1-0) و مخلوط آزمایشی (TM1-20) که 2.2 و 2.8
N mm 2 به ترتیب. مقاومت کششی شکافتگی بتن
مخلوط های ساخته شده با UFS تا 20 درصد وزنی تقریباً ارزش را نشان می دهند
مانند بتن کنترل. زمانی که مبلغ تعویض بود
کاهش بیش از 20 درصد وزنی مشاهده شد. روند مشابه آن است
مقاومت فشاری؛ نتایج مشابهی توسط