ساخت و شناسایی یک بتن پلیمری و تخمین استحکام فشاری با استفاده از مدل میکرومکانیکی دوفازی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک، قطب علمی مکانیک جامدات تجربی و دینامیک،آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت، صندوق پستی 13114-16846

چکیده

بتن پلیمری در مقایسه با بتن‌های متداول دارای خواص مکانیکی شایان­ توجهی است، اگرچه قیمت‌ آن به مراتب نسبت به بتن­ های سیمانی بیشتر است. با توجه به خواص خوب مکانیکی بتن پلیمری، با کاهش هزینه‌های ساخت، می‌توان استفاده از این نوع بتن را افزایش داد. در این مطالعه، ترکیب جدیدی برای بهبود خواص و کاهش هزینه ساخت بتن پلیمری ارائه شده است. بدین منظور به­ جای استفاده معمول از سنگ ­دانه‌های ریز و درشت تفکیک شده و اختلاط آنها با نسبت مناسب، فقط از ماسه سیلیسی استفاده شده است. همچنین، در ساخت این بتن، رزین پلی ­استر به کار گرفته شده است که دارای هزینه کمتری نسبت به سایر رزین‌های استفاده شده، (به­ عنوان مثال رزین اپوکسی) است. با انجام آزمون ­های مختلف فشاری و خمش سه­ نقطه ای مشخص شد، بتن پلیمری ساخته شده در پژوهش حاضر در مقایسه با نمونه‌‌های بتن پلیمری ساخته شده با رزین اپوکسی با ترکیب بهینه، دارای استحکام فشاری بیشتر (%20 بهبود در استحکام فشاری) و استحکام خمشی تقریباً برابرند. بنابراین با استفاده از ترکیب معرفی شده، می‌توان هزینه‌های ساخت بتن پلیمری را بدون تضعیف خواص مکانیکی آن، به مقدار شایان ­توجهی کاهش داد. همچنین، مدل میکرومکانیکی دوفازی برای تخمین استحکام فشاری بتن پلیمری استفاده شده است. با استفاده از مدل میکرومکانیکی دوفازی، خواص مکانیکی بتن پلیمری محاسبه شد. مقایسه نتایج پیش­ بینی شده با نتایج تجربی نشان می‌دهد، تطابق خوبی بین آنها برقرار است (%6.8 خطا). خواص مکانیکی بسیار خوب بتن پلیمری ساخته شده از رزین پلی‌استر در این پژوهش و قیمت کمتر آن نسبت به بتن‌های پلیمری ساخته شده با رزین اپوکسی به قابلیت افزایش کاربرد این بتن می‌افزاید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and Characterization of a Polymer Concrete and Estimation of Compressive Strength Using a Two-Phase Micromechanical Model

نویسندگان [English]

  • Mahmood Mehrdad Shokrieh
  • Sina Rezvani
  • Reza Mosalmani
Composites Research Laboratory, Center of Excellence in Experimental Solid Mechanics and Dynamics, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, P.O. Box: 16846-13114 Tehran, Iran
چکیده [English]

In comparison with conventional concrete, the polymer concrete has considerably better mechanical properties. Meanwhile, polymer concrete is more expensive than traditional cement concretes. Considering the good mechanical properties of polymer concrete, its applications can be developed by reducing manufacturing costs. In this study, in order to improve the mechanical properties and reduce the manufacturing costs of polymer concrete, a new formulation is presented. In this formulation, the more common mixture of large and small aggregates was replaced by silica sand. In addition, in order to reduce the manufacturing costs, polyester resin was used instead of epoxy resin as the base material. The compressive and three-point bending tests showed that the polyester-based concrete had a higher compressive strength (20%) in comparison with the epoxy-based concrete, while their bending strength was approximately the same. As a result, the manufacturing cost for the polymer concrete prepared using this new formulation can be reduced without decrements in mechanical properties. Moreover, a two-phase micromechanical model was applied to estimate the compressive strength of the polymer concrete. Using the two-phase micromechanical model, the mechanical properties of the polymer concrete were predicted. The results obtained from the modeling and experiments were in good agreement with each other (6.8% error). The excellent mechanical properties of polyester-based concrete developed in the present research and its low cost in comparison with the epoxy-based concrete are key factors that can help its wider applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polymer concrete
  • compressive strength
  • flexural strength
  • estimation of strength
  • micromechanics