بررسی عملکرد ترکیب مواد سیمانی بر خواص مکانیکی و دوام در برابر اثر توامان ذوب و یخ و نمک یخ‌زدا جهت بهره‌برداری زودهنگام روسازی‌های بتنی

یکی از اهداف متولیان راه، بهره‌برداری به‌موقع و سریع از فرودگاه‌ها و آزادراه‌ها می‌باشد که در روسازی بتنی این امر به دلیل رفتار متفاوت آن با روسازی آسفالتی در مراحل اولیه اجرا، یکی از چالش‌های مهم می‌باشد. در این پژوهش با هدف بهبود خواص مکانیکی و دوام در برابر اثر توامان پدیده ذوب و یخ و نمک‌زدایی سطحی به‌خصوص در سنین اولیه جهت رفع مشکل عدم امکان بهره‌برداری‌ زودهنگام از روسازی‌های بتنی به کمک اثر ترکیب مواد سیمانی مختلف از جمله آهک هیدراته، متاکائولن و زئولیت پرداخته‌شده‌ است. در این راستا، مطالعات ریزساختاری هم با استفاده از آنالیز xrd و  semبه صورت مقایسه ای در دو شرایط عمل آوری آب و قرار گرفتن در معرض چرخه ذوب و یخ انجام‌شده است. که جایگزینی سیمان با زئولیت و متاکائولن در بتن آهکی منجر به کاهش تخلخل و تراکم یکپارچه با تشکیل csh در ساختار بتن گردید. بر همین اساس بهبود خواص مکانیکی و دوام روسازی های بتنی در برابر تاثیر توامان ذوب و انجماد و یخ زدایی با نمک بر اساس چهار طرح اختلاط شامل بتن شاهد (cc) و سه نمونه دیگر حاوی 15% آهک(cl) ، 15% آهک و 15% متاکائولن (clm)  و 15% آهک و 15% زئولیت (clz) مورد آزمایش و تجزیه و تحلیل قرار گرفت که مشخص شد به ترتیب  نمونهcl ، clm و clz نسبت به نمونه شاهد، افزایش مقاومت فشاری در سنین اولیه داشته‌اند به‌گونه‌ای که در تست 7روزه به ترتیب باعث اقزایش مقاومت فشاری به میزان 20، 32 و 48 درصد گردیده است که در طول آزمایش هم این افزایش ادامه یافت. در آزمایش چرخه ذوب و یخ پس از طی 55 سیکل، مخلوط های clm و clz همواره میزان تخریب کمتری نسبت به نمونه شاهد از خود نشان دادند. به‌گونه‌ای که در پایان آزمایش، درصد کاهش وزن به ترتیب 48.7% و 75.2% کمتر از نمونه شاهد بوده است. علاوه بر این بر اساس نتایج آزمایش جذب مویینگی آب مشخص شد نمونه های clm و clzدر سنین اولیه نفوذپذیری کمتری نسبت به مخلوط cc داشته و این رفتار در سنین بالاتر نیز با عملکرد مناسبتری ادامه یافته است. همچنین نتایج  حاصل ازمقاومت خمشی بیانگر تاثیر مثبت افزودنی‌ها در تمامی نمونه ها با گذشت زمان، بر روند افزایش مقاومت خمشی می باشد به‌گونه‌ای که به ترتیب برای نمونهcl ، clm و clz نسبت به نمونه شاهد، افزایش مقاومت خمشی در 28 روزه به میزان 39، 42 و 57 درصد بوده است. تاثیر مثبت آهک هیدراته  به دلیل خاصیت خمیری بالا در افزایش مقاومت خمشی مخلوطهای حاوی متاکائولن و زئولیت کاملاً مشهود است و موجب  افزایش خصوصیات مکانیکی در تمامی سنین نمونه‌ها شده است، ولی باعث ضعف در عملکرد دوام نسبت به نمونه شاهد گردید. این موضوع در مخلوط‌های کامپوزیتی حاوی آهک با متاکائولن یا زئولیت رفع گردیده و نتایج آزمایش‌های دوام بیانگر بهبود قابل‌ملاحظه هر دو پوزولان به خصوص در زئولیت می باشد، لذا بر اساس نتایج این پژوهش می‌توان گفت با بهبود خواص مکانیکی و دوامی مخلوط‌های  clmو clz، استفاده از افزودنی‌ متاکائولن یا زئولیت در بتن حاوی آهک هیدراته راه‌ حلی مناسب برای رفع چالش عدم امکان بهره‌برداری زودهنگام در روسازی بتنی است.

investigating the performance of cementitious materials on mechanical properties and durability against the combined effects of freeze-thaw cycles and de-icing salt in early utilization of concrete pavements

one of the main objectives of infrastructure managers is the timely and rapid operation of airports and freeways. a goal that is challenging when utilizing concrete pavements, due to their different behavior during the initial stages of implementation. this research aims to improve the mechanical characteristics of concrete pavements and increase their durability against the combined effects of the freeze-thaw cycle and surface desalination, especially during early ages. this paper examines the use of cementitious material in combination with hydrated lime, metakaolin, and zeolite to remove the hurdles to the early operability of concrete pavements. to this end, micro-structural studies have been performed using xrd and sem analysis and comparisons in two states of water processing and exposure to freeze-thaw cycle. during which replacing cement with zeolite and metakaolin in calcareous concrete resulted in reduced porosity and homogeneous density with the formation of csh in the concrete structure. accordingly, improvements in the mechanical properties and durability of concrete pavements against the combined effects of freeze-thaw cycle and surface desalination were studied and analyzed in four mixtures of control concrete (cc), 15% lime (cl), 15% lime, and 15% metakaolin (clm) and 15% lime and 15% zeolite (clz). it was noted that at age of 7 days the clm, cl, and clz samples showed an increase of 20%, 32%, and 48% respectively compared to the cc sample. this increase continued throughout the study. during the freeze-thaw test and after 55 cycles the clm and clz samples always exhibited lower degradation and showed a weight loss of 48.7% and 75.2% less than the cc sample. in addition, as per the results of the capillary absorption test the clm and clz mixtures had at lower ages had less permeability than the cc mixture and this behavior continued with better performance at older ages.  also, the results of flexural strength indicate the positive effect of additives in all samples over time, and at 28 days, the cl, clm, and clz samples increased flexural strength by 39%, 42%, and 57% respectively in comparison to the cc sample. the positive effect of hydrated lime due to its high paste property in increasing the flexural strength of mixtures containing metakaolin and zeolite is quite evident and has increased the mechanical properties at all ages of the samples, but has weakened the durability performance compared to the control sample. this issue has been addressed in composite mixtures containing lime with metakaolin or zeolite, and the results of durability tests indicate a significant improvement in both pozzolans, especially in the zeolite. it can therefore be concluded that with improving mechanical characteristics and durability of clm and clz mixtures, utilizing metakaolin and zeolite in concrete containing hydrated lime is a suitable solution to eliminate the challenges of early usage in concrete pavements.