جاده

جاده

ارزیابی عملکرد مکانیکی بتن ژئوپلیمری پایه خاکستر بادی اصلاح‌شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد بین المللی کیش، دانشگاه آزاد اسلامی، کیش، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی، رودهن، ایران.
3 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران
4 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران
چکیده
با توجه به نیاز روزافزون صنعت راه و روسازی به مصالح پایدار، بادوام و سازگار با محیط‌زیست، استفاده از بتن‌های ژئوپلیمری به‌عنوان جایگزینی مناسب برای بتن سیمانی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش، تأثیر هم‌زمان سیستم لاتکس- سولفا آلومینا و الیاف شیشه مقاوم به قلیا بر خواص مکانیکی بتن ژئوپلیمری بر پایه خاکستر بادی کلاس F مورد بررسی قرار گرفت. محلول فعال‌کننده قلیایی با غلظت 14 مولار تهیه شد و نمونه‌ها با سه درصد لاتکس اکریلیک (5، 10 و 15 درصد) و سه درصد الیاف شیشه (4/0، 6/0 و 8/0 درصد) ساخته شدندبه جهت اصلاح و بهبود مکانیکی-جمع شدگی در طرح های اختلاط نیز از پودر سولفات آالومنیوم نیز استفاده گردید . نتایج آزمایش‌های مکانیکی نشان داد که مقاومت فشاری تا مقدار بهینه 10 درصد لاتکس و 6/0 درصد الیاف افزایش یافته و بیشترین مقدار آن برابر با 80/68 مگاپاسکال به دست آمد. در مقابل، بیشترین مقاومت کششی (70/7 مگاپاسکال و مقاومت خمشی 57/9 مگاپاسکال) در نمونه حاوی 15 درصد لاتکس و 8/0 درصد الیاف مشاهده شد. تحلیل نتایج نشان داد که سیستم اصلاحی لاتکس-سولفا آلومینا با تشکیل فیلم‌های پلیمری و بهبود پیوستگی ماتریس ژئوپلیمری، و الیاف شیشه با کنترل رشد ترک‌ها و افزایش ظرفیت انتقال تنش، موجب بهبود عملکرد مکانیکی بتن شده‌اند. همچنین مشخص شد که طرح اختلاط بهینه برای مقاومت فشاری با طرح اختلاط بهینه برای مقاومت کششی و خمشی متفاوت است؛ بنابراین انتخاب طرح اختلاط باید بر اساس شاخص‌های عملکردی مورد انتظار انجام گیرد. با توجه به مقاومت‌های مکانیکی مناسب و ظرفیت بالای کنترل ترک، بتن ژئوپلیمری اصلاح‌شده در این پژوهش می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای کاربرد در روسازی‌های بتنی، باندهای فرودگاهی و سایر زیرساخت‌های حمل‌ونقل باشد.
کلیدواژه‌ها

-Badkul, A., Paswan, R., Singh, S. K., & Tegar, J. P. (2022). A comprehensive study on the performance of alkali activated fly ash/GGBFS geopolymer concrete pavement. Road Materials and Pavement Design, 23(8),
1815-1835.
-Chelluri, S., Hossiney, N., Chandra, S., Bekoe, P., & Tia, M. (2025). A Review of the Performance Properties of Geopolymer Pavement-Quality Concrete. Construction Materials, 5(3), 49.
-Haddaji, Y., Majdoubi, H., Tayeh, B., et al. (2026). Multi-Environmental Durability of Geopolymer Composites: Mechanisms of Degradation and Performance Enhancement. International Journal of Pavement Research and Technology.
-Horpibulsuk, S., Hoy, M., Witchayaphong, P., Rachan, R., & Arulrajah, A. (2017, November). Recycled asphalt pavement–fly ash geopolymer as a sustainable stabilized pavement material. In IOP conference series: materials science and engineering, Vol. 273, No. 1, 012005.
IOP Publishing.
-Khasawneh, M. A. (2025). Geopolymer Concrete in Construction Projects: A Review. Discover Civil Engineering, 2, 124.
-Kumar, P., Gaurav, G., Kotoky, N., et al. (2026). A Critical Review and Analysis of Fly
Ash-Based One-Part Geopolymer. Innovative Infrastructure Solutions.
-Meskhi, B., Beskopylny, A. N., Stel'makh, S. A., Shcherban', E. M., Mailyan, L. R., Shilov, A. A., & Özkılıç, Y. O. (2023). Analytical Review of Geopolymer Concrete: Retrospective and Current Issues. Materials, 16(10), 3792.
doi.org/10.3390/ma16103792
-Nanda, R. P., & Priya, N. (2024). Geopolymer as stabilising materials in pavement constructions: A review. Cleaner Waste Systems, 7, 100134.
Ngayakamo, B. H., & Ikotun, B. D. (2026). Geopolymer Concrete for Sustainable Construction: Exploring Materials, Properties, Challenges and Future Prospects. Discover Concrete and Cement.
-Patil, S., & Joshi, D. A. (2025). Design of highly workable geopolymer concrete for rigid pavement by experimental investigation. Innovative Infrastructure Solutions, 10(1), 7.
-Patil, S., Joshi, D. A., Menon, R., & Wadhwa, L. K. (2023). Environmental impact assessment of fly ash and GGBS based geopolymer concrete in road construction. In E3S web of conferences, Vol. 405, 03021. EDP Sciences.
-Poltue, T., Suddeepong, A., Horpibulsuk, S., Samingthong, W., Arulrajah, A., & Rashid,
A. S. A. (2020). Strength development of recycled concrete aggregate stabilized with fly ash-rice husk ash based geopolymer as pavement base material. Road Materials and Pavement Design, 21(8), 2344-2355.
-Pratap, B., Mondal, S., & Rao, B. H. (2023). Development of geopolymer concrete using fly ash and phosphogypsum as a pavement composite material. Materials Today: Proceedings, 93, 35-40.
-Rathnayaka, M., Karunasinghe, D., Gunasekara, C., Wijesundara, K., Lokuge, W., & Law, D. W. (2024). Machine learning approaches to predict compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete:
A comprehensive review. Construction and Building Materials, 419, 135519.
-Sathe, S., Wadki, V., Shekokar, S., Khungar, H., & Biswas, A. (2026). Exploring the Effectiveness of Hybrid Fiber–Reinforced Geopolymer Concrete. Journal of Structural Design and Construction Practice.
-Shakor, P., Hasan, S., Awuzie, B. O., Singh, A. K., Rauniyar, A., & Karakouzian, M. (2023). Evaluating the potential of geopolymer concrete as a sustainable alternative for thin white-topping pavement. Frontiers in Materials, 10, 1181474.
doi.org/10.3389/fmats.2023.1181474
-Sharma, U., Gupta, N., Bahrami, A., Özkılıç, Y. O., Verma, M., Berwal, P., & Islam, S. (2024). Behavior of Fibers in Geopolymer Concrete: A Comprehensive Review. Buildings, 14(1), 136.
doi.org/10.3390/buildings14010136
-Sofri, L. A., Abdullah, M. M. A. B., Sandu,
A. V., Imjai, T., Vizureanu, P., Hasan, M. R. M., & Rahman, F. A. (2022). Mechanical performance of fly ash based geopolymer (FAG) as road base stabilizer. Materials, 15(20), 7242.
-Tahir, M. F. M., Abdullah, M. M. A. B., Rahim, S. Z. A., Mohd Hasan, M. R., Sandu, A. V., Vizureanu, P., ... & Kadir, A. A. (2022). Mechanical and durability analysis of fly ash based geopolymer with various compositions for rigid pavement applications. Materials, 15(10), 3458.
-Tahir, M. F. M., Abdullah, M. M. A. B., Rahim, S. Z. A., Mohd Hasan, M. R., Sandu, A. V., Vizureanu, P., ... & Kadir, A. A. (2022). Mechanical and durability analysis of fly ash based geopolymer with various compositions for rigid pavement applications. Materials, 15(10), 3458.
-Wongkvanklom, A., Posi, P., Wongsa, A., Zaetang, Y., & Yodsudjai, W. (2025). Enhanced strength reduced modulus high calcium FA geopolymer concrete containing recycled aggregate concrete and Portland cement. Cleaner Waste Systems, 100384.
-Yue, J., Nie, X., Wang, Z., Liu, J., & Huang, Y. (2022). Research on the pavement performance of slag/fly ash-based geopolymer-stabilized macadam. Applied Sciences, 12(19), 10000.
-Zhang, X., et al. (2023). Characteristics of fly ash-based geopolymer concrete in the field for 4 years. Construction and Building Materials, 382, 131222