اعتبار،چابکی،پاسخگویی

ارزیابی کاربرد الیاف فولادی بازیافتی میکرو در شاتکریت مورد استفاده جهت پایدار سازی حفاری‌های سطحی و زیر زمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

4 مسئول کارگروه مهندسی عمران و معماری، سازمان علمی، پژوهشی و فناوری استان البرز

5 مربی دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

چکیده
شاتکریت به عنوان یک تقویت‌کننده بتنی در فضاهای زیرزمینی، مقاوم سازی، حفاظت شیب و ساخت سازه‌های پوسته‌ای از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق عملکرد الیاف فولادی بازیافتی میکرو بر روی رفتار فشاری و خمشی شاتکریت، در دو رده مقاومتی معمولی و با عملکرد بالا مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج در شاتکریت معمولی با توجه به کم بودن نسبی خمیر و چسبندگی کمتر، استفاده از الیاف موجب کاهش 15 درصدی مقاومت فشاری شد. ولی با توجه به فشار هوای بیشتر در شاتکریت خشک معمولی عملکرد بهتری با استفاده از الیاف حاصل شد. به کارگیری مواد افزودنی در طرح اختلاط‌های شاتکریت با عمکرد بالا، علاوه بر بهبود خواص رئولوژیکی، موجب افزایش متوسط 50 درصدی مقاومت فشاری گردید. با استفاده از الیاف در محدوده تغییر‌شکل پلاستیک رفتار شکل پذیر مشاهده و ظرفیت باربری توسط الیاف ادامه یافت. درصد حجمی ثابت الیاف فولادی(یک درصد) نشان داد، تفاوت‌های مشاهده شده در جذب انرژی طرح اختلاط‌های مورد بررسی مربوط به ماتریس بتنی می‌باشد. با استفاده از الیاف فولادی، حداقل جذب انرژی مورد نیاز در تغییر‌مکان مرکزی 5 میلی‌متر در نمونه های پانل دایره‌ای برآورده شد و به ترتیب متوسط افزایش 58 و 19 درصدی جذب انرژی در دو روش تر و خشک حاصل شد. ولی حداقل جذب انرژی مورد نیاز در تغییر مکان مرکزی 40 میلی‌متر برآورده نگردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of the use of micro recycled steel fibers in shotcrete used to stabilize surface and underground excavations

نویسندگان English

Mohammadhossein Ahmadian khameneh 1
Hassan Afshin 2
Mehrdad Emami tabrizi 3
Yasser Alilou 4
Gholamreza Qudsi Sharif 5
1 Master Student of Structural Engineering , faculty of Civil & Environmental Engineering, Sahand University of Technology , Tabriz , Iran
2 Associate Professor of Structural Engineering , faculty of Civil & Environmental Engineering, Sahand University of Technology , Tabriz , Iran
3 Assistant Professor of geotechnic Engineering , faculty of Civil & Environmental Engineering, Sahand University of Technology , Tabriz , Iran
4 Head of Civil Engineering and Architecture Working Group, Scientific, Research and Technology Organization of Alborz Province Technology , karaj , Iran
5 Instructor of the Faculty of Civil Engineering , Sahand University of Technology, Tabriz , Iran
چکیده English

Shotcrete is extensively used as a concrete reinforcement in underground spaces, for Retrofitting, slope stability, and construction of shell structures. In this research, the performance of recycled micro steel fibers on the compressive and flexural behavior of shotcrete was investigated in two strength categories: normal and high performance. Based on the results, in normal shotcrete, due to the relatively low cement content and lower adhesion, the use of fibers resulted in a 15% decrease in compressive strength. However, due to the higher air pressure in normal dry shotcrete, better performance was achieved with the use of fibers. The use of admixtures in high-performance shotcrete mix designs, in addition to improving rheological properties, increased the average compressive strength by 50%. With the use of fibers, ductile behavior was observed in the plastic deformation range and the load-bearing capacity was continued by the fibers. A constant volume percentage of steel fibers (1%) indicated that the observed differences in energy absorption of the investigated mix designs are related to the concrete matrix. With the use of steel fibers, the minimum required energy absorption at a central displacement of 5 mm in circular panel specimens was met, resulting in an average increase of 58% and 19% in energy absorption in the wet and dry methods, respectively. However, the minimum required energy absorption at a central displacement of 40 mm was not met

کلیدواژه‌ها English

  • Shotcrete
  • tunnel
  • absorbing energy
  • Micro fibers
  • accelerator
  • dry spray
  • wet spray
  • Toughness
[1] Cengiz, O. and L. Turanli, Comparative evaluation of steel mesh, steel fibre and high-performance
polypropylene fibre reinforced shotcrete in panel test. Cement and concrete research, 2004.
[2] Kuesel, T.R., E.H. King, and J.O. Bickel, Tunnel Engineering Handbook. 2012: Springer US
[3] G. Bernardo, A. Guida, I. Mecca, Advancements in shotcrete technology, WIT Trans. Built Environ. 153
(2015) 591–602
[4] 506R-90, A., Guide to shotcrete in Reported by ACI committee 506.
[5] B. Lu, Y. Qian, M. Li, Y. Weng, K.F. Leong, M.J. Tan, S. Qian, Designing spray-based 3D printable
cementitious materials with fly ash cenosphere and air entraining agent, Constr. Build. Mater. 211 (2019).
[6] I. Dressler, N. Freund, D. Lowke, The effect of accelerator dosage on fresh concrete properties and on
interlayer strength in shotcrete 3D printing, Materials 13 (2) (2020) 374.
[7] F. Heidarnezhad, Q. Zhang, Shotcrete based 3D concrete printing: State of art, challenges, and opportunities,
Constr. Build. Mater. 323 (2022) 126545.
[8] EN14651, 2007. Test method for metallic fibre concrete. Measuring the flexural tensile strength (limit of
proportionality (LOP), residual). European Standards. fib, 2012. Model Code 2010, Final Draft, Bulletin 65.
Fèdération Internationale du Béton, Lausanne.
[9] ASTM International, Standard C-1609/C-1609 M, 2012. Standard Test Method for Flexural Toughness of
Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam with Third-point Loading). ASTM, West Conshohoken, PA.
[10] EN14488, 2006. Testing Sprayed Concrete. British Standards Institute, London.
[11] ASTM International, 2012. Standard C-1550, Standard Test Method for Flexural Toughness of Fiber
Reinforced Concrete (Using Centrally Loaded Round Panel). ASTM, West Conshohocken.
[12] Barton, N., Grimstad, E., 2004. The Q-system following thirty years of development and application in
tunnelling projects. Rock Engineering - Theory and Practice, Proceedings of the ISRM Regional Symposium
EUROCK 2004. Salzburg, Austria, pp. 15–18.
[13] Bernard, E.S., 2013. Safe support with fibre reinforced shotcrete. Tunnell. J. September, 44–47.
[14]Papworth, F., 2002. Design guidelines for the use of fibre reinforced shotcrete in ground support. Shotcrete,
American Shotcrete Association, Spring 2002, 16–21.
Civil and Project Journal, 2024, 6(3), 47-58
https://doi.org/10.22034/cpj.2024.453407.1273
58
[15] Bernard, E.S., Changes in long-term performance of fibre reinforced shotcrete due to corrosion and
embrittlement. Tunnelling and Underground Space Technology, 2020. 98: p. 103335.
[16] Guler, S., B. Öker, and Z.F. Akbulut. Workability, strength and toughness properties of different types of fiberreinforced
wet-mix shotcrete. in Structures. 2021. Elsevier.
[17] Yan, X., et al., Experimental study on basic mechanical properties of steel fiber-reinforced siliceous wet
shotcrete. Advances in Materials Science and Engineering, 2018. 2018.
[18] Park, C.-W., H.-G. Lee, and T.-S. Kang, Evaluation of durability characteristics of high performance shotcrete
using fly ash. Journal of the Korea Concrete Institute, 2010. 22(3): p. 305-311.
[19] Hossain, M.S., et al., Long-term effect of accelerator content on flexural toughness of steel fiber reinforced
shotcrete for tunnel construction. Case Studies in Construction Materials, 2021. 15: p. e00706.
[20] Külekçi, G., Comparison of field and laboratory result of fiber reinforced shotcrete application. Periodica
Polytechnica Civil Engineering, 2021. 65(2): p. 463-473.
[21] Armelin, H.S. and P. Helene, Physical and mechanical properties of steel-fiber reinforced dry-mix shotcrete.
Materials Journal, 1995. 92(3): p. 258-267.
[22] G. Liu, W. Cheng, L. Chen, Rheological properties of fresh concrete and its application on shotcrete, Constr.
Build. Mater. 243 (l) (2020) 118180.
[23] M. Bohac, D. Kubatova, M.K. Kotlanova, I. Khongova, A. Zezulova, T. Stanek, The role of SCM’s on
rheology of sprayed mortar, in: In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 1039, IOP
Publishing, 2021 012001.
[24] EFNARC Sprayed Concrete Technical Committee (ed Austin, S A), European specification for sprayed
concrete, European Federation of Producers and Applicators of Specialist Products for Structures Aldershot,
UK, (ISBN 0 9522483 1 X), September 1996.
[25] ASTM C150, Standard Specification for Portland Cement, ASTM International, West Conshohocken, PA,
USA, 2020.
[26] ASTM C 1141/C1141M-15, Standard Specification for Admixtures for Shotcrete.
[27] ASTM C1140-11,Standard Practice for Preparing and Testing Specimens from Shotcrete Test Panels
ASTM International, West Conshohocken, PA (2011), 10.1520/C1140_C1140M–11R19
[28] ASTM C 42 Standard Test Method for Obtaining and Testing Drilled Cores and Sawed Beams of Concrete.
  • تاریخ دریافت 02 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 06 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 24 اردیبهشت 1403
  • تاریخ اولین انتشار 24 اردیبهشت 1403
  • تاریخ انتشار 01 خرداد 1403