مطالعه تاثیر فعال کننده قلیایی بر خصوصیات استاتیکی و دینامیکی ملات های ژئوپلیمری حاوی فراک و الیاف

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 2، دوره 38، شماره 2 - شماره پیاپی 50، خرداد 1404، صفحه 31-48   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2025.88923.1312

نویسندگان

امیر حسین وارسته¹؛ سید حسین قاسم زاده موسوی نژاد^{* 2}

¹دانشجوی کارشناسی ارشد عمران دانشگاه گیلان

²هیات علمی گروه عمران دانشکده فنی دانشگاه گیلان

چکیده

سیمان یکی از پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی در جهان است. فرایند تولید این ماده آلاینده بوده و موجب انتشار گاز دی اکسید کربن در هوا می‌شود. علاوه بر تولید دی اکسید کربن، فرایند تولید سیمان سالانه میلیون‌ها تن گرد و غبار کوره سیمان را تولید می‌کند که موجب خطرات بهداشتی تنفسی و آلودگی می‌شود. فراک، یک ترکیب نوآورانه مبتنی بر آهن، جایگزینی بدون کربن برای سیمان است که از پسماندهای صنعتی برای یک مصالح ساختمانی چندمنظوره استفاده می‌کند. بر این اساس در پژوهش حاضر، به تأثیر فعال‌کننده قلیایی بر خصوصیات استاتیکی و دینامیکی ملات‌های ژئوپلیمری حاوی فراک و الیاف پلی‌پروپیلن پرداخته شد. متغیرهای این پژوهش شامل دو نسبت محلول به ماده پایه (0.4 و 0.5)، دو نسبت سیلیکات به هیدروکسید سدیم (1.5 و 2)، درصدهای مختلف جایگزینی فراک (5، 8، 12 و 15 درصد) و الیاف پلی‌پروپیلن (0.1، 0.2، 0.3، 0.5 درصد) در سه گام بود. نتایج نشان داد که عمل‌آوری در محیط نسبت به آب عملکرد بهتری دارد. نمونه‌های حاوی 8 درصد فراک و 0.1 درصد الیاف بهترین عملکرد را نشان دادند. مقاومت فشاری نمونه‌ها پس از 28 روز به (MPa 75.2) رسید و مقاومت خمشی (MPa 5.52) ثبت شد. همچنین، در آزمایش مقاومت الکتریکی مقدار (kohm.cm 144.6) به‌عنوان بیشترین مقاومت الکتریکی ثبت گردید. استفاده از الیاف حتی در مقادیر کم، مقاومت ضربه‌ای را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داد و در بهترین حالت، افزایش 57 درصدی مشاهده شد. این نتایج نشان می‌دهد که استفاده از فراک و الیاف پلی‌پروپیلن راهکاری مؤثر برای بهبود خواص مکانیکی و زیست‌محیطی ملات‌های ساختمانی است.

کلیدواژه‌ها

فعال کننده قلیایی؛ فراک؛ سیمان سبز؛ ژئوپلیمر؛ الیاف

مراجع

1. Vickers, A. Van Riessen, and W. D. Rickard, Fire-resistant geopolymers: role of fibres and fillers to enhance thermal properties. Singapore: Springer, 2015.
2. S. Vijayan, S. Arvindan, and T. S. Janarthanan, "Evaluation of ferrock: A greener substitute to cement," Materials Today: Proceedings, vol. 22, pp. 781–787, 2020. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.10.147
3. Jose and R. Vasudev, "Ferrock: Carbon negative substitute for cement—A review," Sustainability, Agri, Food and Environmental Research, 2023. https://doi.org/10.7770/safer-V12N-art784
4. A. V. I. T. A. Singh, "Compressive strength study of green concrete by using ferrock," Multidisciplinary International Research Journal, Gujarat Technological University, vol. 2, pp. 63–80, 2020.
5. L. Garcia, A. T. Achaiah, J. Bello, and T. Donovan, "Ferrock: A life cycle comparison to ordinary Portland cement," Industrial Ecology, Denver, CO, USA, 2017.
6. R. Latifi, Ö. Biricik, and A. M. Aghabaglou, “Effect of the addition of polypropylene fiber on concrete properties,” Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 36, no. 4, pp. 345–369, 2022. https://doi.org/10.1080/01694243.2021.1922221
7. H. G. Mousavinejad, A. Darvishalinezhad, and M. S. BazKiagourabi, “Effect of polypropylene fibers versus macrobarchip on the characteristics of plastic concrete,” Ferdowsi Civil Engineering Journal, vol. 37, no. 2, pp. 99–122, 2024. https://doi.org/10.22067/jfcei.2024.80952.1215
8. C. Madhavi, L. S. Raju, and D. Mathur, “Polypropylene fiber reinforced concrete-a review,” International journal of emerging technology and advanced engineering, vol. 4, no. 4, pp. 114–118, 2014.
9. Liu, L. Wang, K. Cao, and L. Sun, “Review on the durability of polypropylene fibre-reinforced concrete,” Advances in Civil Engineering, vol. 2021, pp. 1–13, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6652077
10. Elkatatny, R. Gajbhiye, A. Ahmed, and A. A. Mahmoud, “Enhancing the cement quality using polypropylene fiber,” Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, vol. 10, pp. 1097–1107, 2020. https://doi.org/10.1007/s13202-019-00804-4
11. R. Mehr and H. Bakhshi, “Effect of steel fibers and concrete strength on mechanical specifications of steel fiber reinforced concrete,” Concrete Research, vol. 8, no. 1, pp. 101–112, 2015.
12. ASTM C778, Standard Specification for Standard Sand, ASTM International, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/C0778-21.
13. ASTM C109, Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens), ASTM International, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/c0109_c0109m-20.
14. ASTM C348-08, Test Method for Flexural Strength of Hydraulic-Cement Mortars, ASTM International, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/c0348-08.
15. ASTM C1202-10, Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration, ASTM International, 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/C1202-10.
16. ASTM C597-22, Test Method for Pulse Velocity Through Concrete, ASTM International, 2023. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/c0597-22.
17. M. Rahman, M. Usman, and A. A. Al-Ghalib, "Fundamental properties of rubber modified self-compacting concrete (RMSCC)," Construction and Building Materials, vol. 36, pp. 630–637, 2012. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.116
18. ACI Committee 544.2R, Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, Detroit, MI, USA: American Concrete Institute, 1989.
19. ASTM C948, Standard test method for dry and wet bulk density, water absorption, and apparent porosity of thin sections of Glass-Fiber reinforced concrete, ASTM International, 2023. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/C0948-81R23.
20. Shivani, N. Nihana, A. Gowri, H. Jalal, R. Arjun, and M. Jinudarsh, "Experimental investigation of ferrock by complete and partial replacement of cement in concrete," International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 9, pp. 855–862, 2022.
21. AASHTO-TP-95-14, Standard Method of Test for Surface Resistivity Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration, American Association of State and Highway Transportation Officials, 2014.
22. A. Whitehurst, "Soniscope tests concrete structures," Journal Proceedings, vol. 47, no. 2, pp. 433–444, 1951.
23. L. Wilson and P. D. Tennis, Design and control of concrete mixtures. Portland, OR, USA: Portland Cement Association, 2021.
24.  
25.