مطالعه تاثیر فعال کننده قلیایی بر خصوصیات استاتیکی و دینامیکی ملات های ژئوپلیمری حاوی فراک و الیاف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• امیر حسین وارسته ¹
• سید حسین قاسم زاده موسوی نژاد ²

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد عمران دانشگاه گیلان

² هیات علمی گروه عمران دانشکده فنی دانشگاه گیلان

10.22067/jfcei.2025.88923.1312

چکیده

سیمان یکی از پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی در جهان است. فرایند تولید این ماده آلاینده بوده و موجب انتشار گاز دی اکسید کربن در هوا می‌شود. علاوه بر تولید دی اکسید کربن، فرایند تولید سیمان سالانه میلیون‌ها تن گرد و غبار کوره سیمان را تولید می‌کند که موجب خطرات بهداشتی تنفسی و آلودگی می‌شود. فراک، یک ترکیب نوآورانه مبتنی بر آهن، جایگزینی بدون کربن برای سیمان است که از پسماندهای صنعتی برای یک مصالح ساختمانی چندمنظوره استفاده می‌کند. بر این اساس در پژوهش حاضر، به تأثیر فعال‌کننده قلیایی بر خصوصیات استاتیکی و دینامیکی ملات‌های ژئوپلیمری حاوی فراک و الیاف پلی‌پروپیلن پرداخته شد. متغیرهای این پژوهش شامل دو نسبت محلول به ماده پایه (0.4 و 0.5)، دو نسبت سیلیکات به هیدروکسید سدیم (1.5 و 2)، درصدهای مختلف جایگزینی فراک (5، 8، 12 و 15 درصد) و الیاف پلی‌پروپیلن (0.1، 0.2، 0.3، 0.5 درصد) در سه گام بود. نتایج نشان داد که عمل‌آوری در محیط نسبت به آب عملکرد بهتری دارد. نمونه‌های حاوی 8 درصد فراک و 0.1 درصد الیاف بهترین عملکرد را نشان دادند. مقاومت فشاری نمونه‌ها پس از 28 روز به (MPa 75.2) رسید و مقاومت خمشی (MPa 5.52) ثبت شد. همچنین، در آزمایش مقاومت الکتریکی مقدار (kohm.cm 144.6) به‌عنوان بیشترین مقاومت الکتریکی ثبت گردید. استفاده از الیاف حتی در مقادیر کم، مقاومت ضربه‌ای را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داد و در بهترین حالت، افزایش 57 درصدی مشاهده شد. این نتایج نشان می‌دهد که استفاده از فراک و الیاف پلی‌پروپیلن راهکاری مؤثر برای بهبود خواص مکانیکی و زیست‌محیطی ملات‌های ساختمانی است.

کلیدواژه‌ها

• فعال کننده قلیایی
• فراک
• سیمان سبز
• ژئوپلیمر
• الیاف

---

عنوان مقاله [English]

Effect of alkaline activator on static and dynamic properties of geopolymer mortars containing ferrock and fibers

نویسندگان [English]

• Amir Hosein Varasteh ¹
• Seyed Hosein Ghasemzadeh Mousavinejad ²

¹ civil engineering master student at university of Guilan

² Civil Engineering, Engineering Faculty member, university of Guilan

چکیده [English]

Cement is one of the most widely used construction materials in the world. Its production process is highly polluting and leads to the release of carbon dioxide (CO₂) into the atmosphere. In addition to CO₂ emissions, cement production generates millions of tons of kiln dust annually, causing respiratory health risks and environmental pollution. Ferrock, an innovative iron-based compound, is a carbon-free alternative to cement that utilizes industrial waste for a versatile construction material. Accordingly, this study investigated the effect of alkaline activators on the static and dynamic properties of geopolymer mortars containing ferrock and polypropylene fibers. The variables in this study included two liquid-to-binder ratios (0.4 and 0.5), two sodium silicate-to-sodium hydroxide ratios (1.5 and 2), various replacement percentages of ferrock (5%, 8%, 12%, and 15%), and polypropylene fibers (0.1%, 0.2%, 0.3%, and 0.5%) across three steps. The results showed that curing in ambient conditions performed better than water curing. Samples containing 8% ferrock and 0.1% fibers exhibited the best performance. The compressive strength of the samples after 28 days reached 75.2 MPa, and the flexural strength was recorded at 5.52 MPa. Furthermore, in the electrical resistivity test, a maximum value of 144.6 kΩ•cm was observed. The inclusion of fibers, even in small amounts, significantly improved impact resistance, with a maximum increase of 57% being observed. These findings demonstrate that the use of ferrock and polypropylene fibers is an effective strategy for enhancing the mechanical and environmental properties of construction mortars.

کلیدواژه‌ها [English]

• alkaline activator
• ferrock
• green cement
• geopolymer
• fibers

مراجع

1. Vickers, A. Van Riessen, and W. D. Rickard, Fire-resistant geopolymers: role of fibres and fillers to enhance thermal properties. Singapore: Springer, 2015.
2. S. Vijayan, S. Arvindan, and T. S. Janarthanan, "Evaluation of ferrock: A greener substitute to cement," Materials Today: Proceedings, vol. 22, pp. 781–787, 2020. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.10.147
3. Jose and R. Vasudev, "Ferrock: Carbon negative substitute for cement—A review," Sustainability, Agri, Food and Environmental Research, 2023. https://doi.org/10.7770/safer-V12N-art784
4. A. V. I. T. A. Singh, "Compressive strength study of green concrete by using ferrock," Multidisciplinary International Research Journal, Gujarat Technological University, vol. 2, pp. 63–80, 2020.
5. L. Garcia, A. T. Achaiah, J. Bello, and T. Donovan, "Ferrock: A life cycle comparison to ordinary Portland cement," Industrial Ecology, Denver, CO, USA, 2017.
6. R. Latifi, Ö. Biricik, and A. M. Aghabaglou, “Effect of the addition of polypropylene fiber on concrete properties,” Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 36, no. 4, pp. 345–369, 2022. https://doi.org/10.1080/01694243.2021.1922221
7. H. G. Mousavinejad, A. Darvishalinezhad, and M. S. BazKiagourabi, “Effect of polypropylene fibers versus macrobarchip on the characteristics of plastic concrete,” Ferdowsi Civil Engineering Journal, vol. 37, no. 2, pp. 99–122, 2024. https://doi.org/10.22067/jfcei.2024.80952.1215
8. C. Madhavi, L. S. Raju, and D. Mathur, “Polypropylene fiber reinforced concrete-a review,” International journal of emerging technology and advanced engineering, vol. 4, no. 4, pp. 114–118, 2014.
9. Liu, L. Wang, K. Cao, and L. Sun, “Review on the durability of polypropylene fibre-reinforced concrete,” Advances in Civil Engineering, vol. 2021, pp. 1–13, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/6652077
10. Elkatatny, R. Gajbhiye, A. Ahmed, and A. A. Mahmoud, “Enhancing the cement quality using polypropylene fiber,” Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, vol. 10, pp. 1097–1107, 2020. https://doi.org/10.1007/s13202-019-00804-4
11. R. Mehr and H. Bakhshi, “Effect of steel fibers and concrete strength on mechanical specifications of steel fiber reinforced concrete,” Concrete Research, vol. 8, no. 1, pp. 101–112, 2015.
12. ASTM C778, Standard Specification for Standard Sand, ASTM International, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/C0778-21.
13. ASTM C109, Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens), ASTM International, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/c0109_c0109m-20.
14. ASTM C348-08, Test Method for Flexural Strength of Hydraulic-Cement Mortars, ASTM International, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/c0348-08.
15. ASTM C1202-10, Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration, ASTM International, 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/C1202-10.
16. ASTM C597-22, Test Method for Pulse Velocity Through Concrete, ASTM International, 2023. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/c0597-22.
17. M. Rahman, M. Usman, and A. A. Al-Ghalib, "Fundamental properties of rubber modified self-compacting concrete (RMSCC)," Construction and Building Materials, vol. 36, pp. 630–637, 2012. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.116
18. ACI Committee 544.2R, Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, Detroit, MI, USA: American Concrete Institute, 1989.
19. ASTM C948, Standard test method for dry and wet bulk density, water absorption, and apparent porosity of thin sections of Glass-Fiber reinforced concrete, ASTM International, 2023. [Online]. Available: https://doi.org/10.1520/C0948-81R23.
20. Shivani, N. Nihana, A. Gowri, H. Jalal, R. Arjun, and M. Jinudarsh, "Experimental investigation of ferrock by complete and partial replacement of cement in concrete," International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 9, pp. 855–862, 2022.
21. AASHTO-TP-95-14, Standard Method of Test for Surface Resistivity Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration, American Association of State and Highway Transportation Officials, 2014.
22. A. Whitehurst, "Soniscope tests concrete structures," Journal Proceedings, vol. 47, no. 2, pp. 433–444, 1951.
23. L. Wilson and P. D. Tennis, Design and control of concrete mixtures. Portland, OR, USA: Portland Cement Association, 2021.
24.  
25.