چکیده استفاده از سازه های بتنی با قطعات پیش ساخته باعث دستیابی به سرعت و کیفیت بالا در ساخت وساز شده و هزینه های ساخت و ساز را تا حدودی کاهش داده است. اما نگاهی گذرا به خسارت های ناشی از زلزله های گذشته، نشان می دهد که اصولا تخریب در ساختمان های پیش ساخته، به دلیل ضعف در ناحیه اتصالات آن ها صورت گرفته است، در صورتی که اعضای پیش ساخته یا اصلا خسارت ندیده اند و یا دچار خسارت-های ناچیزی شده اند. این مشاهدات بیان کننده این واقعیت اند که طراحی و اجرای اتصالات در ساختمان های پیش ساخته از اهمیت خاصی برخوردار بوده و باید توجه بیشتری به آن ها شود. در پایان نامه حاضر سعی شده است با تحلیل استاتیکی غیر خطی چند نمونه اتصال پیش ساخته، رفتار آنها با نمونه یک پارچه مقایسه گردد و از لحاظ سختی، مقاومت و شکل پذیری دسته بندی شوند. ابتدا اتصالات مورد مطالعه با در نظر گرفتن فرضیاتی طراحی شدند. پس از طراحی اتصالات پیش ساخته مطالب مربوط به مدل سازی مورد بررسی واقع شد. بر این اساس ابتدا نحوه مدل سازی اتصال یک پارچه توسط نرم افزار ansys تشریح شده است و جهت بررسی و ارزیابی صحت نتایج تحلیل غیر خطی یک اتصال یک-پارچه با نام a-m-z4 از فاز اول برنامه تحقیقاتی انجام شده در موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی آمریکا انتخاب و نتایج تحلیل غیرخطی با نتایچ آزمایشگاهی مقایسه شده است. مقایسه نتایج نرم افزار و آزمایشگاه نشان می دهد که تطابق مناسبی بین نتایج تجربی و تحلیلی وجود دارد. سپس اتصالات پیش ساخته با استفاده از المان های تماس بین سطوح مختلف در نرم افزار ansys مدل سازی شدند و با بدست آوردن منحنی بار تغییر مکان هر اتصال، اتصالات از لحاظ مقاومت، سختی و شکل پذیری مورد ارزیابی قرار گرفتند. البته با توجه به تحلیل های انجام شده و تاثیر گذار بودن مقاومت فشاری بتن در رفتار اتصالات، هر اتصال پیش ساخته در سه نوع متفاوت با مقاومت های فشاری بتن 30، 35 و 40 مگاپاسکال مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفت. نتایج تحلیلی نشان دادند که در هر اتصال پیش ساخته با افزایش مقاومت فشاری بتن سختی اتصال تغییری زیادی نمی کند ولی میزان بار نهایی قابل تحمل مقطع و شکل-پذیری اتصال بیشتر می شود. ضمنا تمام اتصالات پیش ساخته مورد مطالعه در این پایان نامه به جز اتصال sp4 از لحاظ سختی تقریبا با اتصال یک پارچه معادل برابری می کند ولی بار نهایی قابل تحمل مقطع و شکل پذیری اتصال یک پارچه بسته به نوع مقاومت بتن در مواردی کمتر و در مواردی بیشتر از اتصال یک پارچه معادل می باشد. بنابراین با توجه به تحلیل های انجام شده می توان گفت که اتصالات پیش ساخته طراحی شده در این پایان نامه جایگزین مناسبی برای اتصال یک پارچه معادل می باشد و می توان از آنها در ساختمان های پیش ساخته بتنی استفاده نمود. کلمات کلیدی بتن پیش ساخته، اتصال تیر به ستون، تحلیل استاتیکی غیرخطی، سختی، مقاومت، شکل پذیری.

چکیده یکی از انواع سیستم های مقاوم در برابر نیروی زلزله سیستم دیوار برشی بتنی می باشد که به دلیل عملکرد مناسب آن در مقابل نیروهای جانبی از جمله زلزله مورد استفاده گسترده ای در سازه های متوسط و بلند مرتبه قرار گرفته است. در بسیاری از موارد، دیوارهای برشی بنا به ملزومات معماری از جمله در، پنجره و یا عبور تأسیسات مکانیکی وبرقی نیازبه بازشدگی خواهند داشت. وجود بازشدگی در دیوار بر رفتار آن در هنگام مقابله با نیروهای جانبی تأثیر گذار خواهد بود. نسبت ابعاد باز شو و همچنین تعداد وموقعیت مکانی آن در دیوار از مهمترین عوامل تأثیر گذار بر رفتار مقاومتی و لرزه ای دیوارهای برشی دارای بازشو می باشد. علیرغم اهمیت و گستردگی استفاده از این نوع دیوارها هنوز اطلاعات کامل و جامعی از مشخصه های لرزه ای همانند ضریب رفتار، مقاومت نهایی، شکل پذیری و تاثیر مودهای بالاتر در دیوارهای با بازشوهای غیر منظم موجود نمی باشد. هدف از این تحقیق بررسی پارامتر های ذکر شده در این دیوارها با استفاده از روش تحلیل pushover می باشد. در این تحقیق دیوارهای 5، 10 و 15 طبقه دارای بازشوهای با اندازه 5 و 20 درصد مساحت طبقه و موقعیت مکانی متفاوت به صورت مرکزی، با خروج از مرکزیت به صورت یک طرفه و همچنین یک در میان در برنامه یperform 3d مدل گردیدند و آنالیز استاتیکی غیر خطی(pushover) بر روی آنها انجام گرفت. نتایج بیان کننده ی شکل پذیری بیشتر و ضریب رفتار بزرگ تر برخی از این دیوارها نسبت به دیوارهای بدون بازشو می باشد. به صورت کلی بازشوهای خاصی با ابعاد محدود در جهت بهبود رفتار لرزه ای عمل خواهند کرد و تنها محدودیت استفاده از آنها کاهش مقاومت نهایی است که با مطالعه ی دقیق و پارامتریک این عوامل می توان با طرحی مناسب از آنها در سازه استفاده نمود. همچنین به منظور کنترل تغییر مکان هدف به منظور تخمین تغییر مکان دقیق سازه های دارای دیوار برشی در هنگام وقوع زلزله، تمامی دیوارها تحت آنالیز دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی نیز قرار گرفتند. نتایج حاکی از تخمین دست پایین اعداد تغییر مکان هدف برای تخمین جابجایی سازه در هنگام زلزله بود. کلمات کلیدی: دیوارهای برشی بتن آرمه، بازشو، آنالیز استاتیکی غیر خطی، ضریب رفتار

بتن خود متراکم self consolidating concrete (scc) ، بتنی با روانی بسیار بالا است که می تواند بدون هیچ گونه عملیات متراکم سازی مکانیکی در محل بتن ریزی ریخته شود و تحت وزن خود قالب را پر کند وآرماتورها را در بر گیرد. به طور کلی تفاوت عمده بتن خود متراکم با بتن معمولی در فاز بتن تازه آن است.کارایی بتن خود متراکم با مشخصه هایی هم چون قابلیت پر کردن قالب، قابلیت عبور از میان فضاهای باریک بین آرماتورها و عدم وقوع پدیده جداشدگی دانه ها بیان می شود. برآورده نمودن این مشخصه ها در این بتن باعث می شود که حجم درشت دانه آن نسبت به بتن معمولی کم تر و حجم مواد سیمانی آن بیش تر باشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی و مقایسه ی تأثیر پوزولان ها در بتن خود متراکم در برابر حمله ی سولفات ها بوده است. اثرات حمله ی سولفات ها را می توان از سنجش افت مقاومت فشاری و هم چنین تغییر حجم و وزن نمونه های بتن بررسی نمود. بدین منظور جهت بررسی اثر غلظت یون سولفات منیزیم و هم چنین سیکل های تر و خشک شدن بر روی دوام بتن، از 5 محیط شامل محیط های دائم مستغرق در آب، سولفات منیزیم 5%، سولفات منیزیم 10% و هم چنین محیط های تحت سیکل های تر و خشک شدن شامل سولفات منیزیم 5% و 10% استفاده گردید. به دلیل اینکه هدف اصلی از انجام این پایان نامه مقایسه ی تأثیر پوزولان ها بر دوام بتن خود متراکم در محیط سولفاتی با یکدیگر بود، در همه ی طرح ها از یک نسبت آب به مواد سیمانی (w/cm) ثابت و برابر 38/0 استفاده گردید. در تهیه طرح های بدون الیاف پلی پروپیلن، یک طرح بدون مواد پوزولانی، سه طرح با جایگزینی 5%، 10% و 15% میکروسیلیس با سیمان، سه طرح با جایگزینی 5%، 10% و 15% متاکائولین با سیمان، سه طرح با جایگزینی 5%، 10% و 15% متاکائولین با سیمان، در بتن دارای لزج کننده و سه طرح با جایگزینی 5%، 10% و 15% زئولیت با سیمان، ساخته شد. در تهیه ی بتن های دارای الیاف پلی پروپیلن، یک طرح بدون مواد پوزولانی، سه طرح با جایگزینی 5%، 10% و 15% میکروسیلیس با سیمان، سه طرح با جایگزینی 5%، 10% و 15% متاکائولین با سیمان و دو طرح با جایگزینی 5% و10% زئولیت با سیمان، ساخته شد. الیاف پلی پروپیلن با نسبت حجمی 1/0% یعنی 910 گرم بر متر مکعب در ساخت نمونه ها استفاده گردید. تعداد کل طرح اختلاط های ساخته شده برابر با 22 طرح گردید. برای مقایسه ی طرح های اختلاط، تغییرات وزن، حجم و مقاومت فشاری نمونه ها قبل و بعد از قرار گیری در محیط های مذکور، مورد بررسی قرار گرفت. به جهت بررسی ساختار داخلی انواع بتن های قرار گرفته در محیط سولفات منیزیم چهار نوع بتن شامل بتن بدون پوزولان و بتن های حاوی سه پوزولان دیگر مورد آزمایش میکروسکوپ الکترونی (sem) قرار گرفت. هم چنین به جهت شناخت عناصر موجود در ترکیبات تشکیل دهنده ی بتن های مذکور، این بتن ها مورد آزمایش edx قرار گرفت. به جهت بررسی و تحلیل آماری اطلاعات به دست آمده از آزمایشات، این نتایج توسط نرم افزار sas و با روش تجزیه و تحلیل آنالیز واریانس مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد استفاده از میکروسیلیس سبب کاهش دوام بتن در برابر محلول سولفات منیزیم می شود. اما در بین دو پوزولان دیگر، متاکائولن بیشتر از زئولیت دوام بتن را در مقابل سولفات منیزیم افزایش می دهد. هم چنین مشاهده گردید استفاده از الیاف پلی پروپیلن از میزان افزایش حجم و کاهش وزن نمونه های قرار گرفته در محلول سولفات منیزیم می کاهد. در این تحقیق اثر اضافه نمودن سه نوع پوزولان شامل میکروسیلیس، متاکائولن و زئولیت بر مشخصات مکانیکی و مشخصات فاز بتن تازه در بتن خود متراکم معمولی و نیز بتن خود متراکم حاوی الیاف پلی پروپیلن و مقایسه نتایج با یکدیگر نیز ارائه شده است. در این تحقیق آزمایشات جریان اسلامپ، v-funnel و t50، جهت اندازگیری مشخصات فاز بتن تازه انجام گردید. در این پژوهش نشان داده شد در ساخت بتن خود متراکم حاوی متاکائولن استفاده از لزج کننده لازم است. همچنین زئولیت روانی بتن خود متراکم را به شدت کاهش داده اما پایداری آن را افزایش می دهد. نشان داده شد الیاف پلی پروپیلن روانی بتن خود متراکم را کاهش داده اما لزجت و پیوستگی بتن را افزایش می دهد.

سازه های مختلط تیر فولادی و ستون بتنی در چند دهه اخیر بیشتر مورد توجه واقع شده است. این سازه ها مزایای نسبی زیادی دارند که از آن جمله می توان به وزن کمتر سازه در دهانه های بزرگ، شکل پذیری و جذب انرژی بیشتر نسبت به سازه های بتنی، دستیابی راحت تر به معیار ستون قوی و تیر ضعیف و افزایش سرعت ساخت نسبت به سازه های بتنی اشاره کرد. یکی از مهم ترین قسمت های سازه های مختلط تیر فولادی و ستون بتنی، اتصالات آن است. تا کنون آزمایشات چندی در مورد اتصالات سازه های مختلط تیر فولادی و ستون بتنی در کشورهای مختلف صورت گرفته است. اما با توجه به ابهامات زیادی که در زمینه رفتار اتصالات این سازه ها وجود دارد، بیشتر آیین نامه ها درباره این سازه ها سکوت کرده اند. تحقیقاتی که تا کنون در زمینه رفتار سازه های مختلط تیر فولادی و ستون بتنی انجام شده، بیشتر روی اتصالات در حالت تیر عبوری از ناحیه اتصال متمرکز بوده و در زمینه اتصالات با ستون عبوری از ناحیه اتصال تحقیقات زیادی صورت نگرفته است. هدف از انجام پایان نامه حاضر ارائه چند جزییات اتصال خمشی مختلط تیر فولادی و ستون بتنی در حالت ستون عبوری از ناحیه اتصال و بررسی رفتار این اتصالات و مقایسه رفتار آن ها با اتصالات بتنی و فولادی است. بدین منظور در ابتدا نحوه مدل سازی در نرم افزار المان محدود abaqus به صورت مختصر توضیح داده شده و بعد از آن سه اتصال فولادی، بتنی و مختلط با استفاده از نرم افزار مورد بررسی قرار گرفته و صحت نتایج بدست آمده از طریق مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان داده شده است. در ادامه شش نمونه اتصال مختلط تیر فولادی و ستون بتنی ارائه شده که در اتصالات پیشنهادی از غلاف فولادی برای اتصال تیر به ستون استفاده شده است. اتصال تیر فولادی به ستون بتنی به سه صورت اتصال مستقیم تیر به غلاف، اتصال با ورق در تراز بال و اتصال با ورق در تراز بال به صورت دور تا دور ستون و اتصال غلاف به ستون بتنی به دو صورت با استفاده از گل میخ و با استفاده از ناودانی برای انتقال برش، انجام می شود. به منظور مشخص کردن زمان گسیختگی گل میخ ها تعدادی نمونه در نرم افزار مدل سازی شده و نتایج آن با آیین نامه pci مقایسه شد. با استفاده از این بررسی معیاری برای مشخص کردن گسیختگی گل میخ در نرم افزار مشخص شده است. در مرحله بعد اتصالات پیشنهادی با استفاده از نرم افزار مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج مدل سازی اتصالات و مقایسه نتایج اتصالات پیشنهادی با اتصالات بتنی و فولادی نشان داد که در اتصالات دارای گل میخ، قبل از تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها، گل میخ ها دچار گسیختگی می شوند. در اتصالات با استفاده از ناودانی، بار نهایی اتصال کامل تیر همراه با برشگیر ناودانی نزدیک به بار نهایی اتصال بتنی و فولادی بوده و اتصالات تیر با ورق در تراز بال و تیر با ورق دور تا دور در تراز بال همراه با برشگیر ناودانی بار نهایی بیشتر از بار نهایی اتصال بتنی و فولادی را تحمل می کنند. شکل پذیری هر سه اتصال بیشتر از اتصال بتنی است و در محدوده اتصال فولادی بوده که علت آن تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها می باشد. مطالعات پارامتری مختلفی روی اتصالات پیشنهادی انجام شده که نشان می دهد، افزایش سربار محوری با ایجاد محصور شدگی گسیختگی گل میخ ها را به تاخیر انداخته و شکل پذیری اتصالات دارای گل میخ را افزایش می دهد. این مطالعات همچنین نشان داد که کاهش ضخامت غلاف فولادی به مقدار کمتر از ضخامت بال تیر باعث کاهش قابل توجه بار نهایی اتصال می شود در حالیکه افزایش آن به مقادیر بیشتر از ضخامت بال تیر تاثیر کمتری دارد. همچنین در اتصال با ورق در تراز بال به صورت دور تا دور ستون حساسیت به ضخامت غلاف به مقدار زیادی کاسته می شود. در نهایت در قسمت آخر پایان نامه با استفاده از نتایج بدست آمده یک سری توصیه های اولیه برای طراحی اتصالات پیشنهادی ارائه شد.

از آنجایی که روسازی های بتنی در ارتباط مستقیم با شرایط جوی و عوامل مخرب محیطی هستند، موضوعات مرتبط با عمر مفید و دوام آن ها همواره مورد توجه محققین بوده است. یکی از موضوعاتی که بیشترین اثر تخریبی را بر رویه های بتنی در محیط های سرد و مرطوب داشته است، چرخه های متوالی یخ زدگی و ذوب می باشد. هدف از انجام این تحقیق، بررسی و مقایسه ی تأثیرنانوذرات بر دوام رویه های بتنی در برابر سیکل های متناوب یخ و ذوب بوده است. اثرات شرایط یخبندان را می توان از سنجش افت مقاومت فشاری و همچنین تغییر طول، وزن و درصد جذب آب نمونه های بتن بررسی نمود. به دلیل اینکه هدف اصلی از انجام این پایان نامه مقایسه ی تاثیر کاربرد نانوذرات در شرایط یخبندان با یکدیگر بوده است، در همه ی طرح ها از یک نسبت آب به مواد سیمانی (w/bp) ثابت و برابر 48/0 استفاده گردید. نانوذرات مورد استفاده در این بررسی، نانوسیلیس و نانوآلومین بوده اند. در تهیه ی طرح-های اختلاط، یک طرح بدون مواد پوزولانی، سه طرح با جای گزینی 3%، 5% و 7% درصد وزنی مواد سیمانی با نانوسیلیس و سه طرح با جای گزینی 1%، 2% و 3% درصد وزنی مواد سیمانی با نانوآلومین ساخته شد. در این تحقیق همچنین به بررسی تاثیر کاربرد الیاف پلی پروپیلن بر دوام نمونه های بتنی در محیط یخبندان پرداخته شد.در تهیه ی بتن های دارای الیاف پلی پروپیلن نیز تمامی طرح های بالا به همراه 1/0% و 2/0% الیاف ساخته شدند. الیاف پلی پروپیلن با نسبت حجمی 1/0% و 2/0% در ساخت نمونه ها استفاده گردید. بدین ترتیب 21 طرح اختلاط در قالب 441 عدد نمونه بتنی ساخته شد. نمونه ها مطابق با استاندارد astm c666a تحت آزمایش یخ و ذوب قرار گرفتند. برای مقایسه ی عملکرد طرح های اختلاط در برابر یخبندان، تغییرات وزن، طول، درصد جذب آب و مقاومت فشاری نمونه ها قبل و بعد از قرارگیری در شرایط یخبندان، مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق نشان داده شد که نانوذرات دوام بتن در برابر پدیده ی یخبندان را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. همچنین در این تحقیق مشخص شد که در بین این دو ماده، نانوسیلیس تاثیر بیش تری در بهبود مقاومت و دوام بتن داشت. الیاف پلی پروپیلن نیز باعث بهبود دوام بتن در برابر سیکل های متناوب یخ و ذوب می شوند، در حالی که مقاومت فشاری بتن را تغییر نمی دهند. تاثیر الیاف در بهبود دوام بتن، بسیار کمتر از تاثیر نانوذرات می باشد. کلمات کلیدی: 1- روسازی بتنی 2- دوام در برابر یخبندان 3- نانو ذرات 4- الیاف پلی پروپیلن

یکی از مصالحی که در ساخت سازه ها از آن استفاده می شود، بتن می باشد. بتن نیز از موضوعاتی است که روز به روز محققان تلاش می کنند تا نقاط ضعف آن را با روشهای نوین از بین ببرند و همچنین قابلیتهای آنرا افزایش دهند. برای همین امر در این چند دهه انواع متنوعی از بتنهای جدید بوجود آمده و همچنین ویژه گی آنها بهبود یافته است. یکی از انواع بتنهای مطرح در دنیا که برای اولین بار در دهه 90 میلادی مطرح شد، بتن پودری واکنشی (rpc) می باشد. بطور کلی بتن پودری واکنشی، دارای مقاومت فشاری بسیار بالایی است. برای ساخت این بتن محققان از طرح اختلاطهای متفاوتی استفاده کرده اند؛ که دلیل این امر نبودن آیین نامه جامع و روش طرح اختلاط مناسب برای این بتن می باشد. اکثر مقاومتهای به دست آورده شده که طرح اختلاط آنها در دسترس بوده، با کمک الیاف فولادی در محدوده ی mpa 200 بوده است. با بررسی مقالات متعدد، طرح اختلاطی که بتواند مقاومت فشاری بتن پودری واکنشی، را بدون الیاف فولادی بیشتر از mpa 200 نماید، مشاهده نشده است. یکی از مواد پوزولانی بسیار مناسب که امروزه مطرح شده، نانوسیلیس می باشد. در جایی مشاهده نشده که نانوسیلیس در بتن پودری واکنشی، استفاده شده باشد. بنابراین مقادیری از نانوسیلیس در ترکیبات بتن پودری واکنشی، اضافه شده است. تنها هدف اضافه کردن نانوسیلیس، افزایش مقاومت فشاری بتن پودری واکنشی، بوده است. هدف اصلی در پایان نامه ی حاضر رسیدن به طرح اختلاط مناسب برای بتن پودری واکنشی، بدون به کار بردن الیاف فولادی و بدون فشرده سازی خمیر بتن، برای کسب مقاومت فشاری حداقل mpa 200 بوده است؛ و همچنین تاثیر مقادیر مصالح، عمل آوری های گوناگون و اضافه کردن نانوسیلیس، بر مقاومت فشاری بتن پودری واکنشی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور در تحقیق حاضر، از گامها و مراحل متعددی استفاده شده است؛ به طوریکه در هر گام پارامتری از این بتن بررسی و بهینه یابی شده است. در هر گام با ارائه ی تعداد محدودی طرح اختلاط، مقادیر و نسبتهای بهینه ی مختلف مصالح به دست آورده شده است. سپس مراحل بعدی با ارائه ی طرح اختلاطهای جدید، با در نظر گرفتن نتایج مراحل قبلی ادامه داده شده است. در پایان نامه ی حاضر با کمک یک طرح اختلاط پایه با مقاومت فشاری 28 روزه ی استاندارد برابر با mpa 85، با تغییر مقادیر طرح اختلاط و نحوه ی عمل آوری آن، بتن پودری واکنشی با مقاومت فشاری mpa 233 ساخته شد. روش عمل آوری برای رسیدن به این مقاومت، عمل آوری اتوکلاو همراه با عملیات حرارتی با دمای 220 درجه سانتیگراد بوده است. برای ساخت این بتن از سیمان با مقدار حدودا kg/m3 1100 استفاده شده است. در انتها تاثیر جایگزینی مقادیری از نانوسیلیس با میکروسیلیس، بر مقاومت فشاری بتن پودری واکنشی، مورد بررسی قرار گرفته است. با اضافه کردن نانوسیلیس نتایج مطلوب حاصل نشده؛ و مقاومت فشاری بتن پودری واکنشی کاهش یافته است.

یکی از پوشش های معمول سازه های آبی و هیدرولیکی، پوشش بتنی است. مزایایی از قبیل عمر متوسط زیاد، هزینه نگهداری کم و عدم رشد گیاهان در اطراف و داخل آن باعث شده است که این نوع پوشش از بهترین نوع پوشش ها قلمداد شود. یکی از فاکتورهای مهم کیفی مصالح بتن، مقاومت و پایداری آنها در شرایط جوی سخت و محیط های مخرب اسیدی و قلیایی می باشد. در چند سال اخیر، فناوری نوظهور نانو، امیدهای بسیاری برای بهبود خواص مواد مختلف در جهان پدید آورده است. آنچه باعث ظهور نانو تکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد می باشد. افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث می شود که اتم های واقع در سطح، اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم های درون حجم ذرات، بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند. این ویژگی، واکنش پذیری نانو ذرات را به شدت افزایش می دهد. در این تحقیق به بررسی استفاده از خاکستر و نانو ذرات خاکستر مخروط کاج به عنوان سمنته کننده و پوزولان در بتن سازه های آبی پرداخته می شود و برخی خصوصیات مکانیکی مانند مقاومت فشاری، مقاومت کششی و دوام در محیط آب معمولی و آب حاوی سولفات منیزیم، بتن حاوی خاکستر و نانو ذرات خاکستر مخروط کاج مورد مطالعه قرار می گیرد. در این پژوهش، خاکستر و نانو ذرات خاکستر مخروط کاج به میزان 10، 20 و 30 درصد وزنی جایگزین سیمان شدند. نتایج نشان داد که میزان بهینه نانو ذرات خاکستر و خاکستر مخروط کاج، 20 درصد می باشد. در این درصد، بالاترین مقاومت فشاری، مقاومت کششی و دوام در برابر حمله سولفات به دست آمد. در سن 180 روز، نمونه حاوی 20 درصد خاکستر، 8/118 درصد و نمونه شامل 20 درصد خاکستر حاوی نانو ذرات، 51/139 درصد افزایش مقاومت فشاری پیدا کردند. در سن 180 روز، نمونه حاوی 20 درصد خاکستر، 93/121 درصد و نمونه شامل 20 درصد خاکستر حاوی نانو ذرات، 1/142 درصد افزایش مقاومت کششی پیدا کردند. در سن 180 روز، نمونه حاوی 20 درصد خاکستر، 18/127 درصد و نمونه شامل 20 درصد خاکستر حاوی نانو ذرات، 37/162 درصد افزایش مقاومت فشاری در محیط سولفات منیزیم پیدا کردند. کاهش وزن نمونه کنترل در محیط سولفات منیزیم، 35/1 برابر نمونه حاوی 20 درصد خاکستر و 2 برابر نمونه شامل 20 درصد خاکستر حاوی نانو ذرات می باشد. تخریب ظاهری نمونه ها در محیط سولفات منیزیم به میزان کم مشاهده گردید و کمترین تورم و آسیب را نمونه های شامل خاکستر حاوی نانو ذرات پیدا کردند. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق، می توان از خاکستر و نانو ذرات خاکستر مخروط کاج به عنوان یک روش مناسب برای دفع موثر این زائده کشاورزی در صنعت بتن استفاده نمود، که علاوه بر افزایش مقاومت و دوام بتن، باعث کاهش مصرف انرژی و اثرات زیست محیطی تولید سیمان می گردد.

بتن خودمتراکم (scc) نسل جدیدی از بتن است که با توجه به خصوصیاتی که در فاز تازه از خود به نمایش گذاشته است، توانسته توجه بسیاری از محققین، سازندگان و استفاده کنندگان بتن را به خود جلب کند و حجم وسیعی از ساخت و ساز را در جهان به خود اختصاص دهد. با توجه به ویژگی هایی که از بتن خودمتراکم انتظار می رود و جهت رسیدن به خصوصیات خودتراکمی بتن استفاده از مقدار بیش تری مواد پودری در آن نسبت به بتن معمولی امری ضروری است، به همین دلیل به طور معمول از پوزولان ها در ساخت بتن خودمتراکم استفاده می شود. عمر مفید بتن عمری است که بتن بتواند در آن مقاومت کافی در برابر بار طراحی را داشته باشد و از عوامل تأثیرگذار بر روی کاهش و یا افزایش عمر مفید بتن دوام بتن است. بتن بادوام مقاومت بیش تری در برابر حملات شیمیایی و فیزیکی از خود نشان می دهد. از عوامل مخرب فیزیکی می توان به فرآیند یخ و ذوب اشاره نمود. چنان چه بتنی دوام کافی در برابر چرخه های یخ و ذوب را نداشته باشد با قرار گیری در معرض حملات آن در مدتی بسیار کم تر از عمر مفید از بین خواهد رفت. هدف از انجام این تحقیق، بررسی و مقایسه ی تأثیر پوزولان ها بر دوام بتن خودمتراکم معمولی و الیافی در برابر چرخه های مخرب یخ و ذوب است. تأثیر یخبندان بر روی بتن را می توان با اندازه گیری مقاومت فشاری، تغییر طول، تغییر وزن و تغییر جذب آب نمونه های بتنی بررسی نمود. به دلیل این که در این پژوهش هدف بررسی تأثیرات مواد پوزولانی بر روی دوام بتن در برابر یخ و ذوب بوده است و با توجه به تأثیری که نسبت آب به سیمان بر روی دوام بتن در اثر یخبندان دارد، نسبت آب به سیمان در این پژوهش ثابت و برابر 39/0 در نظر گرفته شده است. پوزولان های مصرفی در این تحقیق میکروسیلیس، متاکائولن و زئولیت هستند و از الیاف پلی پروپیلن جهت مسلح کردن بتن استفاده شده است. در تهیه ی طرح ها از دو طرح شاهد یکی معمولی و دیگری حاوی 1/0 درصد حجمی الیاف استفاده شده است که سیمان تنها ماده ی چسباننده ی آن ها به حساب می آید. دیگر طرح ها با اضافه کردن مقدارهای 5 و 10 درصد از هر کدام از پوزولان های نام برده به هر دو طرح شاهد به دست می آید. هم چنین برای بررسی بهتر تأثیر الیاف بر دوام در برابر یخ و ذوب از نسبت های 05/0 و 15/0 درصد حجمی الیاف تنها در طرح حاوی 10درصد میکروسیلیس استفاده شده است و به منظور بررسی تأثیر ترکیبی پوزولان ها سه طرح با ترکیب سه پوزولان نام برده ساخته شده است، که از هر کدام به مقدار 5درصد در مخلوط استفاده می شد. بدین ترتیب 19 طرح به دست می آید که با توجه به تعداد نمونه های لازم جهت انجام آزمایشات از هر طرح 18 عدد و در مجموع تعداد 342 نمونه ی مکعبی به ابعاد 10سانتی متر ساخته شده است. نمونه ها مطابق با استاندارد astm-c666-b تحت آزمایش یخ و ذوب قرار گرفتند. برای مقایسه ی عملکرد طرح های اختلاط در برابر یخبندان، تغییرات وزن، طول، درصد جذب آب و مقاومت فشاری نمونه ها قبل و بعد از قرارگیری در شرایط یخبندان، مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق نشان داده شد، که استفاده از مواد پوزولانی می تواند تأثیر بسزایی بر دوام بتن نسبت به عامل یخ و و ذوب داشته باشد. در بین پوزولان های استفاده شده در تحقیق میکروسیلیس بیش ترین تأثیر را بر روی مقاومت بتن داشته است. هم چنین زئولیت هر چند تأثیری در افزایش مقاومت بتن نداشته اما عملکرد مطلوبی در برابر سیکل های یخ و ذوب از خود نشان داده است. استفاده از الیاف نیز جهت افزایش دوام بتن در برابر سیکل های یخ و ذوب موثر ارزیابی شده است.

در این پایان نامه به بررسی آزمایشگاهی کاربرد نوع جدیدی از الیاف پلی پروپیلن بنام بارچیپ (الیاف hpp ) در پوشش داخلی تونل انتقال آب پرداخته شده است. بدین منظور در این مطالعه، مقایسه ای بین رفتار بتن با الیاف بارچیپ و بتن با الیاف فولادی و نیز بتن معمولی انجام، و مزایا و معایب کاربرد الیاف بارچیپ جهت استفاده در پوشش داخلی تونل های انتقال آب بررسی شده است. در این پژوهش با افزودن سه درصد حجمی 4/0، 6/0 و 8/0 الیاف hpp و الیاف فولادی به طور جداگانه به مخلوط بتن، تغییرات مقاومت فشاری 28 روزه، مقاومت کششی 28 روزه، مقاومت خمشی، میزان طاقت و جذب انرژی، میزان نفوذپذیری بتن و میزان عمق نفوذ یون کلر نسبت به نمونه ی شاهد سنجیده شده است. روش انجام تمام آزمایشــات با استانداردهای معتبر مربوط همانند astm و bs مطابقت دارند. نتــایج حاصل نشان می دهند کاربرد الیاف بارچیپ به اندازه الیاف فولادی در مقاومت فشاری موثر نمی باشد اما بر مقاومت کششی، مقاومت خمشی، طاقت و جذب انرژی تأثیرات قابل ملاحظه ای دارد. هم چنین الیاف بارچیپ در مشخصه هایی نظیر طاقت، نفوذپذیری بتن و عمق نفوذ یون کلر دارای عملکردی بسیار بهتر از الیاف فولادی می باشد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که استفاده از الیاف hpp باعث افزایش دوام پوشش بتنی تونل گشته و عمر بهره برداری از تونل افزایش می یابد. مجموعه نتایج در قالب جداول و منحنی های مربوطه ارائه شده است.

پدیده نفوذ ناپذیر نمودن معابر شهری، مشکلات بسیاری را در پی داشته که از جمله می توان به آب گرفتگی معابر در هنگام وقوع بارندگی اشاره نمود که به نوبه خود می تواند تردد عابرین پیاده و حتی خودروها را با مشکل مواجه سازد. به منظور مدیریت هرچه بهتر رواناب های سطحی در شهرها از راهکارهای مختلفی نظیر ساخت نهرها و نفوذ پذیر نمودن سطح روسازی استفاده می گردد. با توجه به لزوم استفاده از رواناب سطحی جهت تغذیه سفره های آب زیرزمینی شهری و حفظ تعادل زیست محیطی مناطق شهری، امروزه استفاده از تکنیک روسازی متخلخل در معابر شهری از اهمیت ویژه ای در کشورهای مختلف برخوردار می باشد. چرا که این روش می تواند از طریق حذف بخشی از آلاینده های رواناب، در بهبود کیفیت آبی که به لایه های خاک زیرین نفوذ می کند موثر باشد. استفاده از جاذب های مختلف و همچنین بتن متخلخل و نفوذپذیر سهم بسیاری در کاهش آلودگی رواناب شهری دارد. هدف از این پژوهش کاهش بار آلودگی رواناب های شهری با استفاده از بتن متخلخل به همراه جاذب های ارزان قیمت و در دسترس می باشد. در این تحقیق از این بتن به همرا ه جاذب های زئولیت و سرباره استفاده شد. برای انجام آزمایشات ابتدا به ساخت نمونه های بتن متخلخل(بتن شاهد) و همچنین بتن متخلخل حاوی جاذب های زئولیت و سرباره پرداخته شد. ستون های فلزی و شیشه ای به ابعاد 152×152×700 میلی متر ساخته شدند. داخل هر ستون با لایه بندی از فیلتر شنی دانه بندی شده و سه نوع بتن متخلخل پرشد. آزمایشات در 5 سری جداگانه انجام شد. پارامترهای کیفی آب شامل هدایت الکتریکی(ec)، کدورت، سرب، اکسیژن خواهی شیمیایی(cod) و مواد جامد معلق کل (tss) مورد بررسی و انداز ه گیری قرارگرفتند. در هر مورد محلول مورد نظر از بالای ستون وارد شد و نمونه خروجی در دو مرحله(بتن، بتن و فیلتر) از انتهای ستون جمع آوری شد و برای اندازه گیری به آزمایشگاه منتقل شدند. نتایج نشان داد که هیچ کدام از سه نوع بتن متخلخل(شاهد، زئولیت، سرباره) قابلیت کاهش هدایت الکتریکی محلول آب شور را نداشته و در این مورد راندمان حذف قابل قبولی ندارند.ولی بتن های ذکر شده در کاهش 4 پارامتر دیگر به طور قابل توجهی تاثیرگذار بودند بطوریکه به طور متوسط کدورت رواناب از ntu64 در نمونه ورودی به ntu23 در نمونه های خروجی از بتن متخلخل حاوی جاذب وntu 5 در استفاده توام از بتن های جاذب و فیلتر رسید که این کاهش معادل راندمان حذف بالای 90% می باشد. کاهش غلظت فلز سنگین سرب در همه حالت دارای راندمان مطلوبی بود به طوری که از غلظت اولیه mg/l2 در نمونه ورودی به مقداری حدودmg/l2/0 در نمونه-های خروجی رسید. که دارای راندمان حذف 90% می باشد. در حالت استفاده از فیلتر نتیجه بهتری مشاهده شد و راندمان بالای 96% به دست آمد. در حالت تغییر غلظت سرب از 2به 5 نیز، بیشترین راندمان حذف مربوط به بتن متخلخل حاوی زئولیت و فیلتر با راندمان حذف 5/97% بود و غلظت از mg/l 5 در نمونه اولیه بهmg/l 125/0 در نمونه های خروجی رسید. کاربرد بتن متخلخل حاوی زئولیت در کاهش نیاز اکسیژن خواهی شیمیایی رواناب نیز موثر و دارای راندمان حذف 89/60% بود که در حالت استفاده از فیلتر این راندمان به مقدار 74% افزایش یافت. کاربرد این بتن ها به همرا ه استفاده از فیلتر در کاهش مواد جامد معلق کل دارای راندمان مطلوب حدود 70% بود.

امروزه با ورود دستورالعمل ها و فلسفه های جدید طراحی که از معیار رفتار برای طراحی سازه ها استفاده می کنند، موضوع برآورد عملکرد لرزه ای سازه ها از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است و تحقیقات زیادی در این زمینه در حال انجام می باشد. در ارزیابی عملکرد لرزه ای سازه ها بایستی عدم قطعیت های پیوند خورده با تقاضای لرزه ای و ظرفیت سازه ای در نظر گرفته شود. منحنی های شکنندگی، ابزاری رایج برای بررسی عملکرد سازه ها می باشند. در این میان، ساختمان های نامنظم بخش وسیعی از سازه های شهری را تشکیل می دهند. محدودیت های ناشی از ملاحظات معماری، کاربری و اقتصادی می تواند منجر به ایجاد نامنظمی در سازه شود. از آنجا که سازه های نامنظم رفتاری متفاوت نسبت به سازه های منظم رایج از خود نشان می دهند، ارزیابی عملکرد لرزه ای این سازه ها دارای اهمیت می باشد. هدف اصلی این تحقیق، ارزیابی آسیب پذیری سازه های نامنظم جرمی در ارتفاع، برای حالات حدی مختلف و در قالب منحنی های شکنندگی می باشد که با توجه به احتمالاتی بودن آن ها، این منحنی ها اطلاعات وسیعی را به شکلی ساده در اختیار مهندسین قرار می دهد. برای در نظر گرفتن پاسخ لرزه ای سازه ها آنالیز دینامیکی غیر خطی انجام شده است. برای در نظر گرفتن اثر تغییر پذیری رکورد های زلزله، این آنالیزها در قالب آنالیز دینامیکی افزایشی صورت گرفته است. شتاب طیفی در پریود اصلی سازه و جابجایی نسبی زاویه ای به ترتیب به عنوان مقیاس شدت زلزله و پارامتر تقاضای مهندسی انتخاب گردید. یک سازه مرجع منظم با توزیع جرمی مشابه با سازه های معمولی، تعریف و مواردی که بیانگر سازه های نا منظم هستند با اصلاح توزیع جرم در ارتفاع برای سازه مرجع (منظم) تعریف گردید. برای در نظر گرفتن نامنظمی جرمی در سازه، مطابق با آیین نامه asce 7-05 عمل گردید. برای هر قاب چهار حالت منظم، نامنظمی در طبقه ی بالا، نامنظمی در طبقه ی میانه و نامنظمی در طبقه ی پایین سازه در نظر گرفته شد تا نامنظمی در تمام ارتفاع سازه را پوشش دهد. آنالیز دینامیکی غیر خطی بر روی قاب های فولادی خمشی ویژه 5، 9، 12 و 15 طبقه با مدل سازی در نرم افزار opensees انجام پذیرفت. نتایج تحقیق نشان می دهد توزیع غیر یکنواخت جرم و به تبع آن خصوصیات المان های مقاوم جانبی در ارتفاع سازه، بر روی عملکرد لرزه ای سازه و به خصوص حالت حدی آستانه فرو ریزش و فروریزش موثر می باشد. این اثرات با توجه به ظرفیت شدت لرزه ای و بسته به مکان نامنظمی در ارتفاع سازه می تواند متفاوت باشد. نتایج نشان میدهد که با ایجاد نامنظمی در طبقات پایینی سازه احتمال رسیدن سازه به حالت حدی فروریزش بیشتر می شود.

اهمیت کاربرد بتن به عنوان اصلی ترین ماده در ساخت سازه های هیدرولیکی امری بدیهی به نظر می رسد. سدها و دیگر سازه های هیدرولیکی، سازه هایی با عمر بهره برداری طولانی هستند که به علت هزینه بالای تعمیرات، مسأله دوام در آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این بین سایش مهم ترین عامل در کاهش دوام سازه های هیدرولیکی است به گونه ای که مقاومت سایشی بتن اولین فاکتور در تعیین عمر سرویس یک سازه هیدرولیکی به حساب می آید. سایش عموماً در اثر دو عامل اصطکاک و ضربه مواد معلق درآب شامل لای، ماسه، شن، قلوه سنگ، یخ و خار و خاشاک به-وجود می آید. بستر سرریزها، حوضچه های آرامش، دهانه تخلیه کننده ها، کالورت ها و پوشش تونل ها از جمله سازه های حساس به سایش هستند. از دیرباز محققین و مهندسان عمران و متالوژی به دنبال افزودنی هایی بوده اند تا به کمک آنها خواص مکانیکی بتن را بهبود بخشند و در این زمینه موفقیت های بسیاری نیز به دست آورده اند. افزودنی های نانو از جمله موادی هستند که توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده اند. جایگزین کردن بخشی از سیمان با مواد نانو ایده مشابه بسیاری از تحقیقات اخیر بوده است. گزارش ها ی متعدد حاکی از استفاده از این مواد جهت بهبود خواص مکانیکی بتن است و در این میان بیشتر توجهات به استفاده از nano-sio2 معطوف بوده است. در این پایان نامه هدف بررسی اثر نانوسیلیس بر دوام بتن مصرفی در سازه های هیدرولیکی است. از این رو آزمایش های تأثیرگذار بر دوام بتن به کار رفته در یک سازه هیدرولیکی نظیر مقاومت سایشی، نفوذپذیری و جذب آب روی نمونه های ساخته شده از بتن معمولی و خودمتراکم انجام گرفت. بتن خود متراکم (scc) علاوه بر بتن معمولی به دلیل امتیازهای ویژه و کاربرد فراوان در سازه های هیدرولیکی به خصوص در ساخت سرریزها و پوشش تونل ها مد نظر قرار گرفته است. نتایج این تحقیق زمینه را برای مقایسه تأثیر کاربرد نانو مواد بر مشخصات بتن معمولی با بتن خودمتراکم فراهم می نماید. ضمناً تأثیر پارامترهای مطرح شده بر مقاومت سایشی نمونه های بتن بررسی و درصد بهینه کاربرد نانو ذرات سیلیس در طرح اختلاط بتن معمولی و بتن خود متراکم جهت کاربرد در سازه های هیدرولیکی پیشنهاد می گردد. در ساخت بتن خودمتراکم به خصوص درصورت استفاده از نانوذرات نحوه اختلاط مصالح و زمان اختلاط بسیاراهمیت دارد. اضافه کردن نانوسیلیس به مخلوط آب و فوق روان کننده و استفاده از مخلوط کن های با قابلیت پراکنده کنندگی بالا، باعث بهتر مخلوط شدن نانوسیلیس با آب و در نهایت تولید بتنی همگن می شود. نتایج در فاز تازه برای بتن معمولی و بتن خودمتراکم نشان دهنده افزایش لزجت و تنش برشی آن است که این پدیده کاهش شدید کارایی را درپی دارد. هرچند مانع آب انداختگی بتن خودمتراکم می شود. مشخصات بتن مانند مقاومت فشاری، مقاومت سایشی، نفوذپذیری و جذب آب نمونه های بتن معمولی وخودمتراکم با مصرف درصد کمی از نانوذرات سیلیس بهبود قابل توجهی می یابد. اما مقادیر بیشتر باعث ضعف در ساختار بتن می شود. اثرات منفی استفاده بیش از اندازه از نانوذرات سیلیس در بتن خودمتراکم نسبت به بتن معمولی مشهودتر است و ویژگی خودتراکمی آن را با رشد مضاعفی تهدید می نماید. به سبب انطباق نتایج حاصل از مقاومت سایشی با مقاومت فشاری، با برقراری ارتباط منطقی بین آن ها و با برازش منحنی بر نتایج حاصله، یک رابطه ریاضی جهت برآورد مقاومت سایشی بتن معمولی و یا بتن خود متراکم حاوی نانو ذرات سیلیس بر اساس مقاومت فشاری 28 روزه آن پیشنهاد شده است.

با توجه به مشکلات کمبود آب، افزایش جمعیت و لزوم مصرف آب بیشتر، استفاده از آب های نامتعارف و پساب تصفیه خانه-های فاضلاب در چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در اغلب موارد پساب خروجی از تصفیه خانه ها معیارهای لازم برای استفاده مجدد را دارا نمی باشند. در این موارد نیاز به روشی آسان و ارزان قیمت می باشد تا بتوان پارامترهای کیفی پساب را بهبود بخشید و از این منابع آب تجدید پذیر استفاده کرد. در شرایطی که بار آلودگی زیاد نباشد، استفاده از راکتورهای بیوفیلمی معمول می باشد. در همین راستا به منظور بدست آوردن برخی از ویژگی ها از جمله کاهش هزینه های ناشی از ساخت راکتورها و محفظه های نگه دارنده بستر های بیوفیلمی، استفاده از بتن متخلخل به عنوان بستر رشد و تکثیر بیوفیلم، در کاهش بار آلودگی پساب بررسی -گردید. بدین منظور یک طرح اختلاط پایه با توجه به آیین نامه aci211.3r انتخاب گردید و با نظر به افزایش سطح ویژه بتن برای رشد بیوفیلم، در سه مرحله و در هر مرحله 10 درصد وزن درشت دانه، ریزدانه به طرح اختلاط پایه افزوده شد. مکعب های بتنی با طرح اختلاط های مذکور ساخته و عمل آوری شدند. برای انجام آزمایش، در نزدیکی تصفیه خانه فاضلاب دانشگاه صنعتی اصفهان کانالی با طول 9 متر و به عرض 30 سانتیمتر و ارتفاع 20 سانتی متر ساخته شد. همچنین در ابتدا و انتهای این کانال، دو حوضچه ساخته شد. در ادامه به کمک یک سیفون از انتهای لاگون هوادهی تصفیه خانه، آبگیری به عمل آمد. طرح آزمایش مورد استفاده بلوک کامل تصادفی می باشد که مکعب های ساخته شده از هر طرح اختلاط، تیمار و برای هر تیمار 3 تکرار در نظر گرفته شد. سپس بلوک های بتنی ساخته شده در کانال مذکور قرارگرفتند و عملیات فرآوری بیوفیلم بر روی خلل و فرج مکعب های بتنی متخلخل انجام پذیرفت. پس از اتمام فرآوری با توجه به تخلخل محاسبه شده برای بلوک های بتنی، میزان جریان ثابتی از پساب به کانال وارد شد. میزان این جریان با توجه به ضریب هدایت هیدرولیکی اندازه گیری شده برای هر طرح اختلاط در نظر گرفته شد، که برای طرح اختلاط اول تا چهارم به ترتیب 5، 6، 7 و 8 لیتر بر دقیقه می باشد. در نهایت هنگامی که از برقراری جریان پایدار پس از 24 ساعت اطمینان حاصل شد، از حوضچه ابتدایی و انتهایی نمونه گیری به عمل آمد و آزمایش های کیفی bod، cod، tss و تعداد کل کلیفرم ها بر روی نمونه های ورودی و خروجی به عمل آمد و درصد حذف هر یک از پارامترهای کیفی برای تکرارها و تیمارها محاسبه شد. نتایج نشان می دهد برای هر 4 پارامتر کیفی با افزوده شدن ریزدانه درصدهای حذف افزایش می یابد. به طور میانگین درصدهای حذف bod، cod، tss و تعداد کل کلیفرم ها برای طرح اختلاط اول پایه به ترتیب 25/1، 33/67، 45/42 و 37/05 می باشد که این اعداد با همین ترتیب برای طرح اختلاط چهارم به 36/48، 40/5، 57/3 و 81/69 می رسد. در نهایت می توان گفت بتن متخلخل می تواند به عنوان بستر بیوفیلم مورد استفاده قرار گیرد و در این بین با در نظر گرفتن نتایج و جدول های تجزیه واریانس، طرح اختلاط سوم (یعنی طرح پایه به همراه 20 درصد وزنی ریزدانه) به عنوان بهترین طرح اختلاط جهت استفاده به منظور هدف پروژه ارزیابی می گردد.

آب عامل اصلی حیات و آبادانی است. دهه کم آبی به عنوان یک دغدغه جهانی از سوی سازمان ملل مطرح گردیده است که بخش های مهمی از جهان از جمله آسیا که کشور ما نیز در آن واقع شده است را در بر می گیرد. به دلیل عدم دسترسی به آب سالم، خشکسالی، افت آب سفره های زیرزمینی، نفوذ آب های شور به منابع آبی شیرین و تغییر کیفی منابع آبی، به خطر افتادن بهداشت عمومی، نابودی تنوع زیستی و حیات وحش چالش هایی است که مدیریت منابع آبی در جهان و در سال-های آتی با آن روبرو است و در صورت عدم آمادگی و پاسخ به موقع و کافی، به صورت فجایع انسانی بدل می گردد. راه-های مبارزه با بحرانی که ممکن است در آینده با آن روبرو گردیم می تواند اصلاح شیوه های مصرف آب، مدیریت منابع آّب، استفاده از نزولات آسمانی، و تصفیه فاضلاب ها و ... باشد. یکی از روش های نوین تصفیه آب در سال های اخیر که توجه زیادی به آن شده است تصفیه از طریق بتن متخلخل است. بتن متخلخل نوع خاصی از بتن است که با داشتن نفوذپذیری بالا قادر است آب را به راحتی از خود عبور دهد. می توان از بتن متخلخل در روسازی پیاده روها استفاده کرد که این امر مانع از تجمع آب ناشی از بارندگی می شود و آب را به سفره های آب زیرزمینی بازگشت می دهد. یکی از مشکلات این نوع بتن مقاومت پایین آن است که سعی می شود در ساخت آن از افزودنی هایی که این مشکل را کمرنگ می کند استفاده کرد، البته این افزایش باید به گونه ای باشد که نفوذپذیری و تخلخل موردنظر را تأمین کند . در این پژوهش پس از تعیین طرح اختلاط، فاکتور های موثر و نسبت های آنها به منظور بررسی و بهینه سازی طرح اختلاط از نرم افزار design expertاستفاده شد. در پژوهش صورت گرفته آرایه متعامد (3^4 ) 9 l انتخاب شد که عدد 4 تعداد فاکتورهای موثر در طرح و 3 تعداد سطوح آنها را مشخص می کند. فاکتور های متغیر در طرح موردنظر به این صورت می باشند، فاکتور a نسبت آب به سیمان(w/c)، فاکتور b درصد الیاف پلی پروپیلن(pp) ، فاکتور c میکروسیلیس (fs) و فاکتور d فوق روان کننده(sp) است که هر کدام از اینها سه سطح دارند. بر اساس پژوهش های انجام شده پیشین این سطوح در نظر گرفته شد، نسبت آب به سیمان 25/0، 3/0 و 35/0، درصد الیاف پلی پرو پیلن 5/0، 1 و 5/1، درصد میکروسیلیس 5، 10، 15 و درصد فوق روان کننده 5/0، 1 و 5/1 است. پس از وارد کردن اطلاعات به نرم افزار، چیدمان طرح های اختلاط به کار رفته در پژوهش از طریق آن تعیین شد در ادامه بر اساس این اطلاعات نمونه های بتنی ساخته شد. پس از انجام آزمایشات فیزیکی بر روی نمونه ها و آنالیز نتایج با نرم افزار design expert مشاهده گردید که نتایج با مطالعات گذشته هماهنگی دارند. مقاومت حداکثر با نسبت آب به سیمان 3/0 به دست می آید. همچنین عوامل موثر بر مقدار نفوذپذیری 7 روزه و 28 روزه یکسان نیستند. در کل مشاهده شده با نسبت آب به سیمان 35/0، درصد الیاف پلی پروپیلن 5/0، درصد میکروسیلیس 15 و درصد فوق روان کننده 1 نمونه بتنی ساخته می شود که تمام پارامترهای آن مقدار قابل قبولی دارند. بر اساس نتایج مشخص گردید نرم افزار design expert برای ساخت این نوع خاص از بتن مناسب و پاسخگو می باشد.

سدها و دیگر سازه های هیدرولیکی، سازه هایی با عمر بهره برداری طولانی هستند که به علت هزینه بالای تعمیرات، مسأله دوام در آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این بین، سایش یکی از مهم ترین عوامل کاهش دوام در سازه های هیدرولیکی است. از طرف دیگر با توجه به میزان مصرف بالای بتن و نیاز روزافزون به تولید سیمان، توجه به اثرات مخرب زیست محیطی این ماده ضروری است. بنابراین با توجه به مسائل زیست محیطی، ضرورت بازنگری در تولید بتن و تحقیق و پژوهش در رابطه با به کارگیری فناوری های نوین جهت ساخت بتن، آشکارتر شده است. جایگزینی بخشی از سیمان مصرفی در بتن با مواد پوزولانی مانند متاکائولین، خاکستر بادی، سرباره کوره بلند دانه ای و... از جمله راه کارهای کاهش مصرف سیمان و اثرات منفی مرتبط با تولید آن است. بتن قلیا فعال سرباره ای که از طریق فعال سازی سرباره کوره بلند با استفاده از محلول قلیایی تولید می شود، یکی از روش های تولید بتنی سازگار با محیط زیست است. در این پایان نامه، هدف بررسی کاربرد بتن قلیا فعال سرباره ای در سازه های هیدرولیکی است. بتن قلیا فعال سرباره ای با فعال سازی سرباره به کمک محلول های قلیایی شامل هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم و ترکیب آن با سنگدانه های معمولی تولید شده که سرعت کسب مقاومت و هم چنین مقاومت نهایی بالایی دارد. با استفاده از روش آزمایشگاهی تاگوچی طرح اختلاط بهینه ی این نوع بتن با هدف دست یابی به بیش ترین مقاومت فشاری و کم ترین سایش هیدرولیکی، به دست آمد. آزمایش های تأثیرگذار بر دوام بتن به کار رفته در یک سازه هیدرولیکی نظیر مقاومت سایشی، نفوذپذیری و جذب آب روی نمونه های ساخته شده از بتن قلیا فعال سرباره ای انجام گرفته است. هم چنین مناسب ترین روش عمل آوری و درصد بهینه ی افزودن پوزولان زئولیت برای بهبود خواص مکانیکی بتن قلیا فعال سرباره ای پیشنهاد شده است. بر اساس نتایج به دست آمده عمل آوری حرارتی باعث تسریع روند کسب مقاومت نهایی بتن قلیا فعال سرباره ای شده است. استفاده از پوشش پلاستیکی در عمل آوری حرارتی در سنین اولیه منجر به افزایش مقاومت فشاری، کاهش نفوذپذیری وکاهش جذب آب شده است. به علاوه بتن عمل آوری شده در آب بیش ترین مقاومت فشاری و سایشی نهایی را نتیجه داده است. هم چنین درصد مناسب جایگزینی زئولیت، برای دست یابی به بیش ترین مقاومت فشاری و مقاومت سایشی به ترتیب، 25 و 15 درصد وزنی سرباره به دست آمد.

موضوع مورد بررسی در این تحقیق مربوط به یکی از زیر شاخه های اندرکنش سیال- سازه یعنی ارتعاشات القا شده توسط سیال بر دریچه های تخلیه کننده های تحتانی سدها است. بر این اساس در مطالعه ی حاضر به شبیه سازی عددی سازه و سیال به روش اجزاء محدود پرداخته می شود. سازه ی دریچه در تکیه گاه ها توسط فنر و میراگر به صورت سه بعدی مدل می شود و ارتعاش هم در جهت افقی و هم در جهت قائم در نظر گرفته می شود. طبق بررسی ها ی انجام شده برای زوایای مختلف انتهای دریچه با افق، زاویه ی 45 درجه به عنوان زاویه-ی بهینه برای طراحی دریچه ها در جهت کاهش ارتعاشات دریچه ها بدست آمد. همچنین به بررسی ارتعاشات افقی دریچه در حالت یک درجه آزادی پرداخته شد. به دلیل این که فقط درجه ی آزادی در جهت x وجود دارد و درجه ی آزادی در جهت قائم بسته است، نسبت فرکانس در جهت افقی به قائم برابر 0 = fxo/fyo است. بر اساس پارامتر بدون بعد سرعت کاهش یافته، ارتعاشات دریچه ها در جهت افقی در سه بازه از سرعت کاهش یافته قرار می گیرد. اثر میزان بازشدگی دریچه بر ارتعاشات افقی دریچه های با زاویه ی 45 درجه که به عنوان زاویه ی بهینه به دست آمد، بررسی شد و با نتایج آزمایشگاهی ارتعاشات در جهت افقی برای دریچه های با زاویه ی 0 درجه مقایسه شد. نتایج نشان دهنده ی کاهش ارتعاشات در بازشدگی های مختلف است. هرچند حداکثر دامنه ی ارتعاش در یک نسبت بازشدگی به ضخامت اتفاق می افتد. ارتعاشات قائم دریچه ها در حالت یک درجه آزادی و با زاویه ی بهینه بررسی شد. در این حالت به دلیل آنکه درجه ی آزادی در جهت قائم آزاد است و در جهت افقی درجه ی آزادی بسته شده است، نسبت فرکانس ارتعاش جهت افقی به قائم ? = fxo/fyo است. در نسبت های مختلف بازشدگی به ضخامت برای سرعت های کاهش یافته ی بحرانی بین 2 و 5/3 نمودار حداکثر دامنه ی ارتعاشات در بازشدگی های مختلف برای زاویه ی 45 درجه سطح پایینی دریچه با استفاده از حل عددی محاسبه شد که با نتایج آزمایشگاهی برای زاویه ی 0 درجه تطابق خوبی داشت. در بخش انتهایی اثر ارتعاشات قائم بر ارتعاشات افقی برای نسبت فرکانس افقی به قائم برابر 89/2 بررسی شد. مکانیزم های مختلف تحریک و بازه ی موثر سرعت کاهش یافته برای هر مکانیزم بیان شد و تأثیر ارتعاش قائم بر دامنه ی ارتعاش افقی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده ی اثر ارتعاش قائم در افزایش دامنه ی ارتعاش افقی در سرعت های کاهش یافته ی پایین جریان است و در سرعت های کاهش یافته ی زیاد اثری در دامنه ی ارتعاشات افقی دیده نشد و پاسخ دریچه دقیقاً شبیه پاسخ دریچه با یک درجه آزادی در جهت افقی است.

با توجه به ضعف اجرایی، کمبود نیروی انسانی کارآمد و لرزه خیزی کشور، سبک سازی و افزایش کیفیت سازه های بتنی ضروری به نظر می رسد. بر این اساس استفاده از سبکدانه ها و بتن خود تراکم می تواند به عنوان راه حلی مناسب در نظر گرفته شود. تاکنون به علت مزایای متعددی که بتن های خود تراکم دارا هستند، تحقیقات گسترده ای بر روی آن صورت گرفته است؛ اما بااین وجود، بخش اندکی از این پژوهش ها به بتن سبک خود تراکم اختصاص یافته است. ازاین رو شناخت بیشتر بتن سبک خود تراکم در فاز تازه و سخت شده بتن ازجمله اهداف این پایان نامه بوده است. در این تحقیق برای سبک سازی، از سبکدانه های رس منبسط شده (لیاپور) بهره گرفته شده است. همچنین، افزایش مقامت بتن های ساخته شده به عنوان یکی از اهداف اصلی این تحقیق، در دستور کار قرار داشته است. برای این منظور جهت کاهش هزینه های آزمایشگاهی و بهینه سازی نتایج، از روش آماری تاگوچی در مراحل طراحی و تحلیل آزمایشات استفاده شده است. با توجه به اینکه متغیر های متعددی رفتار تازه و سخت شده بتن های توانمند را تحت تأثیر قرار می دهد، در این تحقیق چهار متغیر، حجم درشت دانه، نسبت ماسه به ملات، نسبت آب به پودر و درصد جایگزینی میکروسیلیس به عنوان فاکتور های موثر، در 4 سطح مختلف انتخاب گردیدند. لذا در انجام این پژوهش 444 نمونه بتنی مورد آزمایش و تحلیل قرار گرفت. در فاز تازه بتن، آزمایشات جریان اسلامپ به همراه t500 و شاخص جداشدگی چشمی، l-box و v-funnel برای ارزیابی معیار های خود تراکمی استفاده شده است. در بررسی عملکرد آزمایشات این نتیجه حاصل شد که آزمایش l-box با توجه به شناوری و حداکثر اندازه سبکدانه ها جهت تشخیص جداشدگی مناسب نمی باشد. شاخص جداشدگی چشمی در آزمایش جریان اسلامپ نیز برای این بتن ها لزوماً کارآمد نمی باشد. همچنین محدوده مناسب نتایج v-funnel جهت تشخیص ویژگی های خود تراکمی، متفاوت از بتن های خود تراکم حاوی سنگدانه های معمولی ارزیابی گردید. به طورکلی مهم ترین فاکتور های موثر در نتایج فاز تازه، حجم خمیر و نسبت آب به پودر به دست آمده است. در فاز سخت شده بتن نیز پارامتر های، چگالی، مقاومت فشاری در سنین 7 و 28 روز، مقاومت فشاری به چگالی در سنین 7 و 28 روز، مقاومت خمشی و جذب آب در سن 28 روز به عنوان خروجی های آزمایش، مورد بررسی قرار گرفته اند. با بررسی درصد مشارکت هر یک از فاکتور ها در نتیجه نهایی مقاومت فشاری 28 روزه، فاکتور آب به پودر با 51.70% به عنوان بیشترین و نسبت ماسه به ملات با 5.71% به عنوان کمترین پارامتر موثر به دست آمده است. پس از انجام آزمایشات، مقادیر m3 0.27 برای حجم درشت دانه، نسبت ماسه به ملات 0.46، نسبت آب به پودر 0.86 و میزان جایگزینی 9 درصد برای میکروسیلیس به عنوان سطوح طرح بهینه انتخاب گردیدند. در آزمایش هایی تکمیلی نیز با جایگزینی ماسه سبکدانه به جای ماسه معمولی، به بررسی رفتار ملات خود تراکم در حالت تازه و راندمان سازه ای آن در فاز سخت شده پرداخته شده است. در فاز تازه ملات این نتیجه حاصل شده است که حفظ مشخصه های خود تراکمی توسط سبکدانه های خشک عملاً امکان پذیر نیست و الزاماً سبکدانه ها باید مرطوب یا اشباع گردند. در آزمایشات دیگری نیز درصد های مختلف پودر سنگ آهک به عنوان جایگزین مواد سیمانی در ملات به کار گرفته شد. با تحلیل نتایج به دست آمده به کار گیری 20 تا 30 درصد پودر سنگ آهک جهت بهبود خواص رئولوژیک و سخت شده ملات، به همراه افزایش راندمان اقتصادی بتن خود تراکم توصیه می گردد.ا

معمولا بررسی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان ها بدون در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه انجام می گیرد. لحاظ نمودن اندرکنش خاک و سازه در آنالیز سازه نسبت به حالتی که خاک زیر سازه صلب در نظر گرفته می شود موجب تغییر در رفتار سازه و در نتیجه عملکرد آن هنگام تحریک لرزه ای می شود. از این رو آیین نامه های لرزه ای مختلف ضوابطی برای درنظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه در آنالیز سازه ارائه می دهند تا عملکرد واقعی سازه هنگام وقوع زلزله درنظر گرفته شود. روش های مختلفی برای مدل سازی اندرکنش خاک و سازه وجود دارد. این روش ها شامل آنالیز به دو روش مستقیم و زیرسازه می باشند. در روش مستقیم، سازه و حجم قابل توجهی از خاکِ زیر سازه در یک مدل کلی آنالیز می شوند و در روش زیر سازه با استفاده از فنرها و میراگرها اثر رفتار خاک زیر سازه مدل سازی می شود. در این تحقیق از نوع خاصی از روش زیرسازه به نام تیر بر روی فونداسیون غیر خطی وینکلر برای مدل سازی اندرکنش خاک و سازه استفاده شده است. دلیل استفاده از این روش دقت خوب و سرعت بالای آنالیز می باشد. در این تحقیق اثر اندرکنش خاک و سازه بر روی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان های قاب خمشی و قاب خمشی با دیوار برشی بتنی 3، 5، 6، 8 و9 طبقه بر روی خاک نوع iii و iv آیین نامه 2800 بررسی شده است. درابتدا ساختمان ها در محیط etabs و براساس آیین نامه 2800 و آیین نامه طراحی بتن aci 318-05 طراحی گردید. سپس برای انجام آنالیز غیرخطی، این ساختمان ها در محیط نرم افزار opensees مدل سازی شد. در مدل-سازی غیرخطی از روش مفصل خمیری متمرکز برای المان های تیر و ستون و از روش فایبر (با در نظر گرفتن تغییر شکل برشی) برای مدل سازی المان های دیوار برشی استفاده شده است. در ادامه با انجام آنالیز دینامیکی غیرخطی در دو حالت پایه ی صلب و پایه ی انعطاف پذیر میزان دوران مفاصل پلاستیک در این دوحالت به دست آمد. با مقایسه بین دو حالت با و بدون در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه نشان داده شد که در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه در ساختمان های قاب خمشی موجب افزایش آسیب در طبقه ی اول ساختمان و کاهش آسیب در طبقات فوقانی ساختمان می گردد و در ساختمان های قاب خمشی با دیوار برشی در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه موجب آسیب بیشتر به تیرهای متصل به دیوار می شود. همچنین با مقایسه جابجایی نسبی طبقات در دو حالت با و بدون در نظرگرفتن اندرکنش خاک و سازه نشان داده شد که اندرکنش خاک و سازه موجب تغییر در محل حداکثر جابجایی نسبی طبقات از طبقات میانی به طبقه ی اول در ساختمان های قاب خمشی می گردد.

دیوارهای برشی بتن آرمه یکی از رایج ترین سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی حاصل از باد و زلزله در سازه ها هستند. یکی از انواع دیوار های برشی، دیوار برشی دارای بازشو است که این بازشوها به دلایل مکانیکی و معماری (تعبیه پنجره، در و...) در دیوار برشی ایجاد میشوند. وجود این بازشوها در دیوار برشی باعث ایجاد تاثیراتی در مقاومت نهایی، تغییر در رفتار توزیع نیرو ها و تغییر در مکانیزم شکست و ... می شوند. همچنین با توجه به اینکه بعضی از دیوار های برشی با استفاده از آیین نامه های قدیمی طراحی شده اند و این آیین نامه ها رفتار شکل پذیر دیوار برشی را تامین نمی نمایند و با توجه به عدم تطابق طرح لرزه ای این آیین نامه ها با آیین نامه های جدید، نیاز به ترمیم وتقویت این دیوار ها امری اجتناب ناپذیر است. امروزه استفاده ازکامپوزیت هایfrp به صورت گسترده و موفقیت آمیزی در بهبود رفتار لرزه ای سازه ها مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات انجام شده بر روی سازه های تقویت شده با ورق هایfrp بیشتر مربوط به تقویت تیر و ستون است. در حالی که تاثیر ورق-هایfrp بر ظرفیت دیوارهای برشی به خصوص دیوار های برشی دارای بازشو کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه ابتدا رفتار دیوار های برشی که بدون در نظر گرفتن ملزومات آیین نامه ای مربوط به ایجاد بازشو در دیوار، طراحی شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است و پس از بررسی نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی در زمینه تقویت دیوار های برشی، رفتار دیوار های برشی دارای بازشو(یک دیوار کوتاه و یک دیوار متوسط) که با استفاده از ورق هایfrp تقویت شده اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین یکی از مسائل مهم در زمینه ی تقویت اجزای سازه ای با استفاده از ورق های frp، تقویت اجزای آسیب دیده تحت اثر بارگذاری اولیه است. بر طبق بررسی های انجام گرفته مطالعات اندکی در زمینه ی تقویت دیوار برشی آسیب دیده با استفاده از ورق های frp وجود دارد و بیشتر این مطالعات به صورت آزمایشگاهی هستند. بنابراین در این پایان نامه سعی شده است اثر تقویت دیوارهای برشی آسیب دیده دارای بازشو با استفاده از ورق های frp با به کارگیری روش های عددی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور در این پایان نامه از روش اجزاء محدود غیر خطی استفاده شده است و با توجه به ویژگی های نرم افزار اجزاء محدود abaqus، در مدل سازی دیوارهای برشی، این نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در تمامی حالات ذکر شده تاثیر افزایش ورق frp بر رفتار دیوارهای تقویت شده مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این مطالعه مشخص گردید که ایجاد بازشو در دیوار برشی تاثیر به سزایی در رفتار دیوار برشی هم از نظر شکل پذیری و هم از نظر میزان باربری حداکثر ایجاد می نماید. میزان این تاثیر به محل ایجاد بازشو و ابعاد بازشو بستگی دارد. نتایج حاصل از تقویت دیوارهای برشی دارای بازشو با استفاده از ورق های frp، بهبود رفتار دیوارهای تقویت شده در هر دو حالت دیوارهای بدون آسیب و دیوارهای آسیب دیده را نشان می دهد. در این مطالعه مشخص گردید که دیوارهایی که در آنها ورق های frp به صورت دورپیچ در نواحی اطراف بازشو مورد استفاده قرار گرفته اند، نسب به حالتی که ورق های frp در اطراف بازشو به سطح بتن چسبانده شده اند، رفتار بهتری از خود نشان می-دهند(هم از نظر شکل پذیری و هم از نظر میزان باربری حداکثر). در حالتی که ورق ها به سطح بتن چسبانده شده اند مکانیزم شکست دیوار تقویت شده به صورت جدایی ورق از سطح بتن است، اما در حالتی که ورق frp به صورت دورپیچ مورد استفاده قرار گرفته است، از ظرفیت ورق به طور کامل استفاده شده و مکانیزم شکست به صورت پارگی ورق است. همچنین تاثیر افزایش ضخامت ورق frp در حالت دورپیچ بیش تر بوده، به طوری که با افزایش ضخامت ورق میزان شکل پذیری دیوارهای تقویت شده افزایش می یابد.

بتن به عنوان یکی از مهمترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی ارزان قیمت با شکل¬پذیری مناسب در صنعت ساختمان می باشد. با توجه به میزان مصرف بالای بتن و نیاز روزافزون به تولید سیمان، توجه به اثرات مخرب زیست محیطی این ماده، ازجمله سهم حدود 7 درصدی انتشار گاز 〖"co" 〗_2 در جو، مصرف قابل ملاحظه ی انرژی از قبیل برق و سوخت فسیلی، امری اجتناب ناپذیر بوده و ارائه محصولات جایگزین جهت حرکت در مسیر توسعه ی پایدار، اصلی ضروری به شمار می آید. یکی از راهکارهای تولید بتنی سازگار با محیط زیست و کاهش مصرف opc یا سیمان های پرتلند معمولی، استفاده از چسباننده های پوزولانی فعال شده می باشد. بتن تحت شرایط محیطی مخرب به سرعت و در مدتی کمتر از زمانی که به عنوان عمر مفید برای آن در نظر گرفته شده است آسیب دیده و مقاومت خود را از دست می دهد. این مسئله در سازه هایی همچون سدها، نیروگاه ها، پل ها و تونل ها که عمر بهره برداری از آن ها بسیار زیاد بوده و هزینه ی تعمیر و نگهداری آن ها در بسیاری موارد از هزینه اولیه ساخت بالاتر است از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از عوامل مخرب فیزیکی می توان به فرآیند یخ و ذوب اشاره نمود. چنان چه بتنی دوام کافی در برابر چرخه های یخ و ذوب را نداشته باشد با قرار گیری در شرایط یخبندان در مدتی بسیار کمتر از عمر مفید خود از بین خواهد رفت. هر چند بتن هایی با مقاومت فشاری بالا معمولاً مقاومت بیشتری در برابر حملات فیزیکی و شیمیایی محیط مخرب از خود نشان می دهند، اما عوامل دیگری چون نفوذپذیری و تراکم ساختار داخلی بتن و چیدمان حفره های موجود در بتن نیز می تواند تأثیر بسزایی در دوام بتن داشته باشد. هدف از انجام این پایان نامه بررسی تأثیر پوزولان متاکائولین و الیاف پلی پروپیلن بر مقاومت و دوام بتن قلیا فعال سرباره ای در برابر چرخه های یخ و ذوب است. بتن قلیا فعال سرباره ای از طریق فعال سازی سرباره ی کارخانه ی ذوب آهن اصفهان به کمک محلول قلیایی متشکل از هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم و ترکیب با سنگدانه ی معمولی تولید شده است. به دلیل اینکه در این تحقیق هدف بررسی تأثیر متاکائولین و الیاف بوده است در همه ی طرح ها از یک طرح اختلاط ثابت استفاده شده است و تنها پارامترهای متغیر در طرح های اختلاط، مقادیر متاکائولین و الیاف مورد استفاده می باشد. در تهیه ی طرح ها از یک طرح شاهد فاقد متاکائولین و دو طرح با جایگزینی مقادیر 10 و 20 درصد وزنی متاکائولین استفاده شده است. دیگر طرح ها از اضافه کردن 1/0، 3/0، 5/0 و 7/0 درصد حجمی الیاف پلی پروپیلن به سه طرح مذکور به دست آمده اند. بنابراین با در نظر گرفتن حالت های ترکیبی در مجموع از 15 طرح اختلاط استفاده شده است. از هر کدام از این طرح ها تعداد 22 نمونه ی مکعبی 10 سانتی متری ساخته شده که بر روی این نمونه ها آزمایش مقاومت فشاری و آزمایش های مربوط به چرخه های یخ و ذوب انجام شده است. نمونه ها مطابق با استاندارد astm c666-b تحت آزمایش یخ و ذوب قرار گرفتند. برای مقایسه ی عملکرد طرح های اختلاط در برابر چرخه های یخ و ذوب آزمایش های مقاومت فشاری، تغییر طول، تغییر وزن و تغییر جذب آب بعد از اتمام سیکل های یخ و ذوب بر روی نمونه ها انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان دادند که جایگزینی متاکائولین به میزان 10 درصد وزنی علاوه بر افزایش مقاومت فشاری باعث بالا رفتن دوام بتن نیز می شود. همچنین استفاده از 1/0% حجمی الیاف دوام بتن در برابر یخ و ذوب را افزایش می دهد.

سازمان بینالمللی انرژی، صنعت سیمان را مسئول تقریباً 6 تا 7 درصد تمام آلایندگی co2 در اتمسفر می¬داند. بنابراین اثرات مخرب زیست محیطی تولید سیمان با توجه به مصرف زیاد انرژی از قبیل برق و سوخت فسیلی امری اجتناب پذیر است و ارائهی محصولات جایگزین جهت حرکت در مسیر توسعه¬ی پایدار و کاهش این اثرات ضروری به شمار می¬آید. همچنین سدها و دیگر سازههای هیدرولیکی، سازههایی با عمر بهرهبرداری طولانی هستند که به علت هزینه¬ی بالای تعمیرات، مسئله¬ی دوام در آنها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این بین سایش مهمترین عامل در کاهش دوام سازه¬های هیدرولیکی است که تا کنون برای جلوگیری از وقوع آن آیین نامهای مدون ارائه نشده است. جایگزینی سیمان مصرفی در بتن با موادی مانند متاکائولین، خاکستر بادی، سرباره¬ی کوره بلند از جمله راهکار کاهش مصرف سیمان و کاهش سایش در اینگونه سازه¬ها می¬تواند باشد . سرباره به علت داشتن درصد زیاد کلسیم ازلحاظ شیمیایی شبیه سیمان پرتلند معمولی است. سرباره به تنهایی میتواند بهعنوان چسباننده در بتن استفاده شود؛ مشروط بر اینکه به وسیله¬ی یک محلول قلیایی با ph بالا فعال شود. در تحقیق حاضر تأثیر پوزولان¬های زئولیت و میکروسیلیس بر روی مقاومت¬های فشاری و کششی، مدول گسیختگی خمشی و مقاومت به سایش بتن های قلیا فعال سرباره ای بررسی شده است. پوزولان¬های مذکور به میزان 0%، 10%، 15%، 20%، و30% وزنی جایگزین سرباره شده¬اند. فعال سازی سرباره به کمک محلول قلیایی متشکل از هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم انجام گردید. غلظت هیدروکسید سدیم 4، 6 و 8 مولار انتخاب شد. همچنین تأثیرسنگدانه¬ها در یک غلظت مشخص بر روی مقاومت فشاری و سایشی این بتن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا غلظت هیدروکسید سدیم معین و برابر با 4 مولار و درصدهای سنگدانه و نسبت ماسه به کل سنگدانه، متغیر در نظر گرفته شد. این درصدها برای سنگدانه ۷۰، ۷۳، ۷۵، 77 و 79 درصد و برای نسبت ماسه به کل سنگدانه برابر با 0/45، 0/5، 0/55 و 0/60 انتخاب گردید. مشاهده شد که کارایی بتن با غلظت 4 مولار نسبت به بتن¬های با غلظت 6 و 8 مولار بهتر بوده و بتن دیرتر به مرحله¬ی سخت شدن می-رسد. میکروسیلیس در افزایش مقاومت فشاری نسبت به زئولیت تأثیر بیشتری دارد. در اکثر طرح های اختلاط با افزایش غلظت هیدروکسید سدیم از 4 به 8 مولار مقاومت سایشی بتن نیز افزایش یافته است. این موضوع برخلاف مقاومت فشاری بتن است که با افزایش غلظت هیدروکسید سدیم از 4 به 8 مولار مقاومت فشاری کاهش می یابد. بنابراین می¬توان نتیجه گرفت که در بحث سایش، ملات بتن تأثیر بیش تری را نسبت به عوامل دیگر در مقاومت به سایش دارد. همچنین نتیجه گرفته شد که می¬توان درصدهای سنگدانه 79 و 75 و نسبت سنگدانه 0/55 و 0/5را در این تحقیق به عنوان انتخابی مناسبی دانست که هم دارای مقاومت سایشی و هم مقاومت فشاری خوبی است

ایران با ظرفیت تولید بیش از 80 میلیون تن سیمان در سال، رتبه¬ی سوم تولید سیمان در جهان را داشته و این رقم در سال های آتی به بیش از 120 میلیون تن در سال خواهد رسید. با توجه به افزایش نرخ قیر در کشور در دهه¬ی اخیر، کاربرد رویه های بتنی به عنوان یکی از پتانسیل های جایگزینی رویه های آسفالتی در کشور مطرح شده است. با تولید هر تن سیمان، حدود 1 تن گاز کربن¬دی-اکسید وارد اتمسفر می¬گردد که با توجه به میزان تولید سالیانه¬ی سیمان در کشور، بازنگری در صنعت تولید سیمان اهمیت بسیاری پیدا می¬کند. سرباره¬ی قلیا فعال با فعال¬سازی سرباره¬ی آسیاب شده¬ی کوره بلند ذوب¬آهن توسط محلول¬های قلیایی، به عنوان یک ماده¬ی چسباننده در بتن، از دهه¬های اخیر به عنوان جایگزین سیمان، مورد تحقیق و حتی در برخی کشورها نیز مورد استفاده قرار گرفته است. در این پایان¬نامه امکان استفاده از این نوع چسباننده در بتنِ غلتکی روسازی راه، مورد بررسی قرار گرفته است. سرباره¬ی آسیاب شده¬ی کارخانه¬ی ذوب¬آهن اصفهان توسط محلول هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم فعال شده است. سرباره به میزان 10 درصد وزن مصالح خشک انتخاب شده و غلظت¬های مختلف هیدروکسید سدیم به همراه نسبت¬های مختلف سیلیکات سدیم برای محلول قلیایی، مورد آزمایش قرار گرفته است. آزمایش تعیین رطوبت بهینه، مقاومت فشاری و مقاومت خمشی بر روی نمونه¬ها، جهت بررسی تأثیر غلظت هیدروکسید سدیم و میزان سیلیکات سدیم و همچنین آزمایشی در راستای پیدا کردن زمان بهینه برای متراکم کردن بتن، انجام گرفته است. به طور کلی رطوبت مورد نیاز جهت تراکم حداکثر این نوع بتن غلتکی پایین¬تر از بتن غلتکی معمولی مشاهده شد. همچنین با وجود خمیر چسباننده¬ی کمتر محدوده¬ی مقاومت فشاری و خمشی آن بالاتر از بتن غلتکی معمولی بدست آمد. زمان گیرش اولیه¬ی این بتن، فرصت کافی برای حمل، پخش و تراکم آن را فراهم می¬کند. این بتن بدون عمل¬آوری مرطوب به حداکثر مقاومت خود خواهد رسید که این موضوع صرفه¬جویی اقتصادی قابل توجهی را از جنبه¬ی تولید و اجرا سبب می¬گردد.

در ساخت سازه های بتنی عواملی مانند ضعف اجرایی، کمبود نیروی انسانی کارآمد، لرزه خیزی کشور و انتشار آلودگی های زیست محیطی سیمان سبب شده است که پژوهشگران عرصه ی مصالح ساختمانی با ایجاد تغییراتی در اجزای مختلف بتن، اصلاحاتی را مطابق با نیازهای ضروری اعمال کرده و به خواص جدید یا برتری از بتن دست پیدا کنند. امروزه تحقیقات زیادی بر روی بتن خود متراکم و بتن سبک انجام گرفته است اما مطالعات اندکی در مورد بتن خود متراکم سبک وجود دارد. بتن سبک خود متراکم علاوه بر کاهش بار مرده سازه و نیروهای زلزله سبب ایمن تر و اقتصادی تر شدن طرح می گردد. در مسیر توسعه ی تکنولوژی بتن یکی از گام های مهم در سال های اخیر کاهش مقدار سیمان مصرفی در بتن و جایگزین کردن آن با مصالح کم هزینه و با اثرات مخرب کم تر بر محیط زیست بوده است. تلفیق مزایای کاهش مقدار سیمان و جایگزین نمودن آن با پودر سنگ آهک و سرباره به صورت مجزا ضمن دارا بودن مزایای بتن سبک و بتن خود متراکم، از اهداف اصلی این پایان نامه است. در این راستا، جلوگیری از افت مقاومت ناشی از کاهش سیمان به عنوان یکی از اهداف اصلی این تحقیق، در دستور کار قرار داشته است. در این مطالعه بر اساس اهداف طرح، 57 طرح اختلاط از بتن سبک خود متراکم تهیه گردید. عوامل متعددی رفتار تازه و سخت شده بتن خود متراکم سبک کم سیمان را تحت تاثیر قرار می دهد. در این تحقیق متغیرهای طرح اختلاط شامل نسبت آب به سیمان با سه مقدار 4/0، 5/0 و 6/0، درصد فوق روان کننده برای رسیدن به خواص مطلوب در فاز تازه، 5 و 10 درصد میکروسیلیس و درصدهای مختلف جایگزینی سیمان با پودر سنگ آهک و سرباره در نظر گرفته شد. در فاز تازه، آزمایشات جریان اسلامپ، t50 و v-funnel برای ارزیابی معیارهای خود تراکمی استفاده شده است. در بخش فاز تازه بالغ بر 510 مورد آزمایش انجام شد. در بخش فاز سخت شده 342 نمونه مورد آزمایش قرار گرفت و مقاومت فشاری 7 ، 28 و در برخی موارد 90 روزه به عنوان خروجی آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است. میزان مقاومت فشاری به دست آمده در درصدهای مختلف جایگزینی سرباره و پودر سنگ آهک برای نسبت های آب به سیمان 5/0 و 6/0 برای بتن با سن 7 و 28 روزه نشان می دهدکه جایگزینی مقادیر بیشتر سرباره و پودر سنگ آهک (تا حد تامین لزجت مطلوب) منجر به افزایش مقاومت فشاری می شود که می تواند بیانگر موفقیت ایده ی جایگزین سرباره و پودر سنگ آهک در راستای کاهش مصرف سیمان بدون از دست دادن مقاومت فشاری مورد انتظار باشد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که افزودن میکروسیلیس به طرح اختلاط می تواند در جهت برآورده کردن اهداف طرح باشد.

در این پایان نامه، به بررسی امکان کاربرد بتن قلیا فعال سرباره ای در تولید تراورس های راه آهن پرداخته شده است. با استفاده از سرباره ی تولیدی در کارخانه ی ذوب آهن اصفهان و فعال سازی آن به کمک محلول قلیایی متشکل از هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم و با در نظر گرفتن فاکتورهای موثر و مهم در تولید این نوع بتن شامل: غلظت محلول هیدروکسید سدیم، نسبت وزنی محلول هیدروکسید سدیم به سیلیکات سدیم، نسبت وزنی محلول قلیایی به سرباره و درصد وزنی سنگدانه ها در بتن، به کمک روش طرح آزمایشگاهی تاگوچی، طرح اختلاط بهینه با توجه به ضوابط آیین نامه ای مرتبط با تولید تراورس های بتنی، به دست آورده شده است. با استفاده از طرح اختلاط به دست آمده، 2 عدد تراورس بتنی پیش تنیده در کارخانه ی تراورس سازی کرج ساخته و تحت آزمایش خمش استاتیکی قرار گرفت. هم چنین، تأثیر عواملی نظیر شرایط مختلف عمل آوری، افزودن فوق روان کننده، تغییر نسبت آب به مواد جامد و افزودن پوزولان زئولیت، بر کارایی، مقاومت فشاری 7 روزه و 28 روزه و مقاومت خمشی این بتن بررسی شده است. روش انجام تمام آزمایش ها با استانداردهای معتبر مانند astm و bs مطابقت دارند. نتایج حاصل نشان دادند که عمل آوری حرارتی باعث تسریع روند کسب مقاومت نهایی بتن قلیا فعال سرباره ای می شود؛ با این حال عمل آوری در آب، بیش ترین مقاومت فشاری 28 روزه را نسبت به سایر روش ها (عمل آوری حرارتی و عمل آوری در دمای محیط) به دست می دهد. نتایج هم چنین نشان دادند که افزودن فوق روان کننده با پایه ی نفتالین تأثیر قابل توجهی بر کارایی و مقاومت بتن قلیا فعال سرباره ای در این حالت ندارد؛ اما تغییر در نسبت آب به مواد جامد، به شدت کارایی و مقاومت این نوع بتن را تحت تأثیر قرار می دهد. علاوه بر این، درصد مناسب افزودن و جایگزینی زئولیت، که بیش ترین افزایش را در مقاومت فشاری نتیجه می دهد، 15 درصد وزنی سرباره به دست آمد. بر اساس نتایج این پایان نامه و با در نظر گرفتن ملاحظات فنی مرتبط با تولید تراورس های بتنی، می توان نتیجه گرفت که بتن قلیا فعال سرباره ای به خوبی ضوابط مطرح شده از سوی آیین نامه های معتبر را جهت تولید تراورس های راه آهن برآورده می کند و انتظار می رود که بتوان از این نوع بتن به عنوان جایگزینی مناسب برای بتن های معمولی در ساخت تراورس های راه آهن استفاده کرد.