اعتبار،چابکی،پاسخگویی

بررسی چندمقیاسی اثر پودر آلومینا بر مقاومت سایشی، خواص مکانیکی و دوام بتن غلتکی روسازی در برابر چرخه‌های ذوب‌ویخبندان

10.22034/cpj.2026.597607.1467

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 مرداد 1405

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

2 گروه مهندسی عمران واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز ،ایران

3 گروه مهندسی عمران،واحد فیروزآباد،دانشگاه آزاد اسلامی،فیروز آباد ،ایران

چکیده
بتن غلتکی به‌دلیل مقاومت مکانیکی مطلوب، تراکم‌پذیری مناسب، سرعت اجرای بالا و توجیه اقتصادی، یکی از مصالح مناسب در ساخت روسازی‌هاست؛ بااین‌حال، چرخه‌های متناوب ذوب و یخبندان با ایجاد فشارهای داخلی ناشی از انجماد آب، توسعه ریزترک‌ها و افزایش تخلخل، موجب افت تدریجی خواص مکانیکی و دوام آن می‌شوند. در این پژوهش، اثر چندمقیاسی جایگزینی پودر آلومینا (Al₂O₃) با بخشی از سیمان بر رفتار مکانیکی، مقاومت سایشی و دوام بتن غلتکی روسازی در برابر چرخه‌های ذوب و یخبندان بررسی شد. پودر آلومینا در مقادیر ۰، ۵، ۱۰ و ۱۵ درصد جایگزین سیمان شد و نمونه‌ها پس از ۲۸ روز عمل‌آوری تحت ۰، ۵۰، ۱۰۰ و ۱۵۰ چرخه ذوب و یخبندان قرار گرفتند. مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، سایش و جذب آب در مقیاس کلان و تغییرات ریزساختاری در مقیاس میکروسکوپی ارزیابی شدند. نتایج نشان داد طرح حاوی ۱۰ درصد Al₂O₃ بهترین عملکرد را ارائه کرد. مقاومت فشاری این طرح نسبت به شاهد در چرخه‌های ۰، ۵۰، ۱۰۰ و ۱۵۰ به‌ترتیب 09/4، 98/9، 19/10 و 20/11 درصد افزایش یافت. افزایش مقاومت خمشی نیز به‌ترتیب 13/8، 47/13، 81/14 و 30/14 درصد بود. همچنین، میزان سایش طرح 10 نسبت به شاهد به‌ترتیب 42/13، 45/14، 42/14 و 58/14 درصد کاهش و جذب آب آن به‌ترتیب 32/6، 39/7، 32/7 و 58/7 درصد کاهش نشان داد. بررسی ریزساختاری بیانگر تشکیل ماتریسی نسبتاً متراکم و پیوسته در طرح10 و حفظ بخش قابل توجهی از انسجام ساختار پس از چرخه‌های ذوب و یخبندان بود. بهبود هم‌زمان خواص مکانیکی، مقاومت سایشی و جذب آب را می‌توان به اثر پرکنندگی ذرات ریز Al₂O₃، افزایش تراکم ماتریس و محدود شدن مسیرهای نفوذ آب و توسعه آسیب‌های یخ‌زدگی نسبت داد. در مجموع، ۱۰ درصد جایگزینی Al₂O₃ مقدار بهینه در محدوده مطالعه بوده و قابلیت ارتقای عملکرد و دوام بتن غلتکی روسازی در شرایط ذوب و یخبندان را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Multiscale Investigation of the Effects of Alumina Powder on the Wear Resistance, Mechanical Properties, and Freeze–Thaw Durability of Roller-Compacted Pavement Concrete

نویسندگان English

Babak Mansoori 1
hadi fatemi 2
Yahya kazemi 3
1 Department of Civil Engineering, Shi.C., Islamic Azad University,shiraz, Iran
2 Department of civil engineerin shi.c.islamic azad university shiraz iran
3 Department of civil Engineerin,Fir.c., islamic Azad university,Firoozabad,iran
چکیده English

Roller-compacted concrete, due to its desirable mechanical strength, suitable compactability, high construction speed, and economic feasibility, is considered a suitable material for pavement construction. However, repeated freeze–thaw cycles can generate internal pressures caused by water freezing, promote microcrack development, and increase porosity, thereby leading to gradual deterioration of mechanical properties and durability. This study investigated the multiscale effect of partially replacing cement with alumina powder (Al₂O₃) on the mechanical behavior, abrasion resistance, and durability of roller-compacted concrete pavement under freeze–thaw cycles. Alumina powder was incorporated at 0, 5, 10, and 15% as a partial cement replacement, and specimens were subjected to 0, 50, 100, and 150 freeze–thaw cycles after 28 days of curing. Compressive strength, flexural strength, abrasion, and water absorption were evaluated at the macroscopic scale, while microstructural characteristics were examined at the microscopic scale. The results indicated that the mixture containing 10% Al₂O₃ exhibited the best overall performance. Compared with the control mixture, its compressive strength increased by 4.09, 9.98, 10.19, and 11.20% after 0, 50, 100, and 150 cycles, respectively. The corresponding increases in flexural strength were 8.13, 13.47, 14.81, and 14.30%. Moreover, abrasion decreased by 13.42, 14.45, 14.42, and 14.58%, while water absorption decreased by 6.32, 7.39, 7.32, and 7.58%, respectively. Microstructural observations revealed a relatively dense and continuous matrix in the 10% Al₂O₃ mixture, with a substantial portion of structural integrity preserved after freeze–thaw cycling. The simultaneous improvement in mechanical properties, abrasion resistance, and water absorption can be attributed to the filler effect of fine Al₂O₃ particles, enhanced matrix densification, reduced water penetration pathways, and limited freeze–thaw damage. Overall, 10% Al₂O₃ replacement was identified as the optimum content within the investigated range and demonstrated considerable potential for improving the performance and durability of roller-compacted concrete pavement under repeated freeze–thaw conditions.

کلیدواژه‌ها English

  • Roller-Compacted Concrete (RCC)
  • Alumina Powder (Al₂O₃)
  • Abrasion Percentage
  • Freeze–Thaw Cycle
  • Flexural Strength
  • Compressive Strength
  • Water Absorption Percentage
  • تاریخ دریافت 25 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 26 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 28 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 28 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 28 مرداد 1405