نشریه علوم زمین خوارزمی

نشریه علوم زمین خوارزمی

ارزیابی تاثیر نوع سنگدانه‌ها بر ویژگی‌های مکانیکی بتن و سطوح اتصال سنگدانه و سیمان

نویسندگان
1 دانشگاه خوارزمی
2 شرکت ساحل امید ایرانیان
چکیده
هدف از این تحقیق بررسی تاثیر نوع سنگدانه (جنس، شکل و بافت سطحی) بر ویژگی‌های مکانیکی بتن (مقاومت فشاری) و سطوح اتصال بین خمیره سیمان و سنگدانه (بررسی مقاطع میکروسکوپی) در بتن­ می٬­باشد. مصالح سنگدانه‌ای استفاده شده برای ساخت بتن از انواع مختلف سنگ‌ها بر اساس نحوه تشکیل آن‌ها (رسوبی، آذرآواری و دگرگونی) از مناطق مختلف جغرافیایی استان تهران تهیه شده است. نمونه‌های انتخاب شده شامل آهک مارنی (سازند الیکا)، دولومیت (سازند سلطانیه)، توف (سازند کرج) و کوارتزیت (تاپ کوارتزیت) می­٬باشد. در ابتدا ویژگی‌های فیزیکی (وزن واحد حجم اشباع، تخلخل و جذب آب) سنگ­٬های منتخب تعیین شده است. در مرحله بعد، بلوک٬­های سنگی موجود به ذراتی به اندازه شن و ماسه خرد شده که از بخشی از آن با استفاده از دستگاه لس آنجلس، سنگدانه گرد تهیه شده است. برخی از ویژگی‌های سنگدانه مثل بافت سطحی، شکل، کانیشناسی و دانه بندی تعیین شد. سپس با استفاده از طرح اختلاط ثابت با نسبت آب به سیمان 0/55، برای هر نوع سنگدانه، دو نمونه در دو شکل گرد شده و زاویه دار، یک نمونه برای مطالعه میکروسکوپی و یک نمونه برای بررسی مقاومت فشاری ۷، 14، ۲۸ و ۹۰ روزه و یک نمونه نیز برای هر یک به عنوان نمونه شاهد تهیه گردید. از اینرو دراین مطالعه در مجموع 16 نمونه مختلف تهیه و مورد آزمایش قرار گرفت. بررسی مقاطع میکروسکوپی نشان دهنده وجود ناحیه انتقالی فصل مشترک با ضخامت ثابت در نمونه‌های بتن با سنگدانه آهکی و ضخامت متغیر در اطراف سنگدانه توفی است. همچنین بررسی٬­ها نشان می‌دهد که سنگدانه آهکی با تخلخل مناسب و با برقراری واکنش با خمیر سیمان اتصال بهتری نسبت به سایر سنگدانه‌ها ایجاد می‌کند. مقایسه نتایج مقاومت فشاری نیز نشان می‌دهد بتن ساخته شده با سنگدانه زاویه­٬دار نسبت به سنگدانه گرد شده در همان جنس، مقاومت به مراتب بیشتری دارد. به طور کلی بهترین سنگدانه‌ها برای استفاده در بتن، شامل سنگدانه­٬هایی هستند که قابلیت جذب آب پایینی داشته و تیز گوشه باشند و حاشیه واکنشی آن‌ها در کوتاه مدت سرعت رشد بالاتری داشته باشد. سنگدانه­٬های آهکی در این گروه قرار می‌گیرند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Assessment of the effect of aggregates on the mechanical properties of concrete and the interface between aggregates and cement

نویسندگان English

Mehdi Talkhablou 1
Mohsen Zarenia 2
Arash Hashemnejad 2
1 kharazmi uni.
2 SOI.co
چکیده English

The objective of this research is to investigate the influence of aggregate properties (material, shape, and surface texture) on the mechanical properties of concrete (compressive strength) and the interfaces between cement and aggregates. Different types of aggregates were used in concrete production, sourced from various geological regions within the province of Tehran. Selected samples include marl limestone, dolomite, tuff, and quartzite. The initial properties of the selected aggregates were studied, followed by crushing the rock specimens using the Los Angeles apparatus. The characteristics of aggregates, such as surface texture, shape, petrography, and particle size distribution, were determined. Concrete mixtures were prepared with a constant ratio of water to cement (0.55) for each type of angular and rounded aggregates to study the microscopic and compressive strength properties of concrete samples at ages of 28, 14, 7, and 90 days. Microscopic examinations revealed the presence of a transition zone in the matrix, demonstrating a uniform thickness in concrete samples with limestone aggregates compared to variable thickness in the case of tuff aggregates. The results also indicate that limestone aggregates, with suitable porosity and establishing a reaction with cement, create a stronger bond compared to other aggregates. The comparison of compressive strength results shows that concrete made with angular aggregates generally exhibits higher resistance compared to crushed aggregates of the same type. In general, aggregates suitable for use in concrete, including lightweight aggregates with low water absorption capabilities and angular shapes, tend to have higher short-term strength.

کلیدواژه‌ها English

Interfacial transition zone
Cement hydration
aggregates
Adams, M. P., Ideker, J. H. 2017. Influence of aggregate type on conversion and strength in calcium aluminate cement concrete. Cement and Concrete Research 100, 284-296.
Al-Oraimi, S. K., Taha, R., Hassan, H. F. 2006. The effect of the mineralogy of coarse aggregate on the mechanical properties of high-strength concrete. Construction and Building materials 20(7), 499- 503.
ASTM C 127 – 07. 2009. Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Coarse Aggregate
ASTM C97-02. 2008. Standard Test Methods for Absorption and Bulk Specific Gravity of Dimension Stone. Standard Test Methods for Absorption and Bulk Specific
ASTM C128-22. 2007.Standard Test Method for Relative Density (Specific Gravity) and Absorption of Fine Aggregate.
ASTM C143-78. 2007. Standard Test Method for Slump of Portland Cement Concrete
ASTM C29/C29M-97.1997. Standard Test Method for Bulk Density ("Unit Weight") and Voids in Aggregate
Ben-Othman, B., Scrivener, K. L., Buenfeld, N.R. 1988. Permeability and microstructure of lightweight aggregate concrete, presented at Institute of Ceramics, Annual Convention, Durham, April.
Carrara, P., De Lorenzis, L. 2017. Consistent identification of the interfacial transition zone in simulated cement microstructures. Cement and Concrete Composites 80, 224-234.
Chen, Z.Y., Wang, J.G. 1987. Bond between marble and cement paste, Cement and Concrete Research 17, 544–552.
Deiaf, A. B. A. 2016. Bonding between Aggregates and Cement Pastes in Concrete. Strain, 10, 6.
Gao, Y., De Schutter, G., Ye, G., Tan, Z., Wu, K. 2014. The ITZ microstructure, thickness and porosity in blended cementitious composite: Effects of curing age, water to binder ratio and aggregate content. Composite’s part b: engineering 60, 1-13.
Garboczi, E. J., Bentz, D. P. 1991. Digital simulation of the aggregate–cement paste interfacial zone in concrete. Journal of materials Research 6(1), 196-201.
Hussin, A., Poole, C. 2011. Petrography evidence of the interfacial transition zone (ITZ) in the normal strength concrete containing granitic and limestone aggregates. Construction and Building Materials 25(5), 2298-2303.
Jebli, M., Jamin, F., Malachanne, E., Garcia-Diaz, E., El Youssoufi, M. S. 2018. Experimental characterization of mechanical properties of the cement-aggregate interface in concrete. Construction and Building Materials 161, 16-25
Lo, T. Y., Tang, W. C., Cui, H. Z. 2007. The effects of aggregate properties on lightweight concrete. Building and Environment 42(8), 3025-3029.
Lyu, K., Garboczi, E. J., She, W., Miao, C. 2019. The effect of rough vs. smooth aggregate surfaces on the characteristics of the interfacial transition zone. Cement and Concrete Composites 99, 49-61.
Maso, J. C. 1996. Interfacial transition zone in concrete. CRC Press.
Mehta, P. K., Monteiro, P.J.M. 1986. Concrete: Structure, Properties, and Materials, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
Neville, A. 2003. Neville on concrete: an examination of issues in concrete practice, American Concrete Institute.
Odler, I., Zürz, A. 1988. Structure and bond strength of cement-aggregate interfaces, Bonding in Cementitious Composites, (eds S. Mindes and S. P. Shah), Materials Research Society, Proceedings 114, 21–27.
Ollivier, J.P., Maso, J.C., Bourdette, B. 1995. Interfacial Transition Zone in Concrete.Advanced cement based matterials 2(1), 30-38
Scrivener, K. L., Crumbie, A. K., Laugesen, P. 2004. The interfacial transition zone (ITZ) between cement paste and aggregate in concrete. Interface science 12(4), 411-421
Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete (ACI 211.1-91).2002
Tasong, W. A., Lynsdale, C. J., Cripps, J. C. 1998. Aggregate-cement paste interface. II: Influence of aggregate physical properties. Cement and Concrete Research 28(10), 1453-1465.
Tasong, W. A., Lynsdale, C. J., Cripps, J. C. 1999. Aggregate-cement paste interface: Part I. Influence of aggregate geochemistry. Cement and Concrete Research, 29(7), 1019-1025.
Zheng, J. J., Li, C. Q., Zhou, X. Z. 2005. Thickness of interfacial transition zone and cement content profiles around aggregates. Magazine of Concrete Research, 57(7), 397-406.