بررسی اثر اندازه دانه بر مشخصات مکانیکی و مدول ارتجاعی دانه‌ لیکای سازه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران- مکانیک خاک و پی، دانشگاه تربیت مدرس

2 2- استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

مجموعه‌ای از ویژگی‌‌های قابل توجه، سبب گسترش کاربردهای سبک‌دانه‌های مصنوعی شده است. با توجه به کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف، تعیین خواص مکانیکی این نوع سنگ‌دانه‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. به لحاظ عدم وجود سنگ مادر، تعیین ویژگی‌های مکانیکی سبک‌دانه‌های مصنوعی دارای پیچیدگی‌های ویژه‌ای می‌باشد. در حال حاضر رس منبسط شده یا لیکا تنها نوع سبک‌دانه صنعتی مورد استفاده در بتن سازه‌ای است که در کشور ما با وزن مخصوص‌های مختلف تولید می‌شود. لیکای با مقاومت بیشتر نسبت به لیکا‌های متداول، اصطلاحاً لیکای سازه‌ای خوانده می‌شود و قابلیت استفاده از آن در تولید بتن سازه‌ای بیشتر است. در این تحقیق به منظور تعیین اثر اندازه بر وزن مخصوص، جذب آب، مقاومت در برابر ساییدگی، ضربه و بار فشاری، آزمایش‌های مختلف بر روی چهار اندازه از لیکای سازه‌ای که در شرایط یکسان تولید شده‌اند، انجام شده است. همچنین، از آنجایی که استانداردی برای تعیین مستقیم مدول ارتجاعی این سبک‌دانه‌ها وجود ندارد، از ترکیب روش آزمایشگاهی و تئوری مواد مرکب برای تخمین این پارامتر استفاده شده است. بدین منظور با ترکیب سبک‌دانه‌‌ها و ملات ماسه سیمان و ساخت نمونه‌هایی استوانه‌ای با قطر 15 و ارتفاع 30 سانتیمتر از مواد مرکب با درصد حجمی30 و40 درصد از سبک‌دانه‌ها، مشخصات ارتجاعی ماتریس و ماده مرکب تعیین شده است. سپس توسط روش دیفرانسیلی و با استفاده از مشخصات ارتجاعی ماده مرکب و ماتریس، مدول ارتجاعی سبک‌دانه‌ها تعیین شده است. نتایج آزمایش‌ها حاکی از تأثیر قابل ‌توجه قطر دانه‌ها بر مشخصات مکانیکی مصالح، با وجود شرایط یکسان تولید است. با توجه به آزمایش‌های غیرمستقیم با افزایش قطر، میزان مقاومت و مدول ارتجاعی دانه‌ها روند کاهشی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of size on mechanical properties and elastic modulus of structural Leca

نویسندگان [English]

  • Alireza Ardakani 1
  • Mahmood Yazdani 2
1 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, myazdani@modares.ac.ir
2 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University,
چکیده [English]

Remarkable set of features havecaused of widespread applications of artificial ligthweight aggregates. According to their application in various industries, the mechanical properties of these aggregates are important. Due to the absence of bedrock, determination mechanical properties of artificial ligthweight aggregate have special complexity.Ligth expanded clay aggregate (LECA) is the only industrialized ligthweigth aggregates that use in structural concrete in our country at now, which are produced with different density. In this research, to determination the diameter effect on the specific gravity, water absorption, resistance to abrasion, impact and pressure, various tests have been done on four size of structural Leca. Since there is not a standard procedure to determine the elastic modulus of ligthweigth aggregate, the combination of experimental methods and theory of composite material is used to estimate this parameter. With the combination of ligthweigth aggregate and cement-sand mortar (matrix), cylindrical composite specimens with 30% and 40% volume fractions of aggregates were cast and their elastic parameters of them are determined. Then with differential method and using elastic parameters of composite specimens and matrix, elastic modulus of ligthweigth aggregates is calculated. Test results indicate a significant effect of the grain diameter on mechanical propertiesof aggregates which produced with the same condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Structural ligthweigth aggregates
  • Grain diameter
  • Mechanical properties
  • Elastic modulous
  • Differential method

تهرانی، ف.، 1377. راهنمای جامع لیکا: دانه‌های رس منبسط شده و فرآورده‌های آن. شرکت لیکا، تهران.

رئیس قاسمی، ا.م.، پرهیزگار، ط.، فامیلی، ه.، 1390. ارائه مدل دو فازی خمیر- دانه برای تعیین نسبت اختلاط بتن‌های سبک‌دانه حاوی لیکا. مجله علمی و پژوهشی عمران مدرس، دوره یازدهم، شماره 1، ص. 16-1.

شکرچی‌زاده، م.، امدادی، آ.، لیبر، ن.ع.، 1387. بتن سبک‌دانه، دانش، فن آوری و کاربردها. موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران.

شکرچی‌زاده، م.، لیبر، ن.ع.، ماهوتیان، م.، آشوری، ا.، 1387. راهنمای کاربردی بتن سبکدانه سازه‌ای لیکا. گزارش شماره CMI-8707294، انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی دانشگاه تهران.

Baalbaki, W., Aitcin, P.C., Ballivy, G., 1992. On predicting modulus of elasticity in high-strength concrete. ACI Materials Journal, 89(5):517-520.

Chandra, S., Berntsson, L., 2002. Lightweight  Aggregate Concrete, Sceince, Technology and Applications. First ed. Noyes Publications, New York.

Chen, H.J., Yen, T., Chen, K.H., 2003. Evaluating Elastic Modulus of Lightweigt Aggregate. ACI Material Journal, 100:108-113.

Clarke, J.L., 1993. Structural Lightweight Aggregate Concrete, First ed. Blackie Academic & Professional, London.

ESCSI, 2011. Expanded Shale, Clay and Slate Institute. Document 7600, available at www.escsi.org.

Eshelby, J.D., 1957. The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion and related problems. Proceeding of Royal Society London, A241(1226): 376-396.

European Union – Brite EuRam III, 2000. Composite models for short- and long-term strength and deformation properties of LWAC. Document BE96-3942/R35.

Kvande, T., 2001. Investigation of Some Material Properties for Structural Analysis of LECA Masonry. PhD Thesis, Norwegian University of Science and Technology.

LECA (Light Expanded Clay Aggregate) Co, http://www.leca.cc.

McLaughlin, R., 1977. A study of the differential scheme for composite materials. International Journal of Engineering Science,15(4):237–244.

Norris, A.N., 1985. A differential scheme for the effective moduli of composites. Mechanics of Materials, 4(1): 1–16.

Shendy, M.E., 1991. A Comparative Study of LECA Concrete Sandwich Beams With and Without Core Reinforcement. Cement and Concrete Composites, 13(2): 143–149.

Wisconsin Energy Corporation, 2004. Coal Combustion Products Utilization Handbook. Second Ed. Chapter 10: Minergy LWA – Structural, Masonry, and Geotechnical Lightweight Aggregates, United States, pp. 229.231.

Zimmerman, R.W., 1991. Elastic moduli of a solid containing spherical inclusions. Mechanics of Materials, 12(1): 17–24.

Zimmerman, R.W., 1984. Elastic moduli of a solid with spherical pores: new self-consistent method. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts, 21(6): 339-343