Study of the influence of lightweight aggregates on the behavior of concrete subjected to high temperature

Abstract

ان التدهور المادي للمنشآت الخرسانية عند تعرضها لدرجات حرارة مرتفعة هو أحد أهم العوامل التي تؤثر على متانة الخرسانة وأدائها خلال عمرها الافتراضي. لذلك من المهم استخدام مواد صناعية أو معاد تدويرها جديدة كبديل للمواد الخام الطبيعية لإنتاج خرسانة مستدامة تهدف هذه الدراسة من جهة إلى دراسة سلوك الركام (الرمل السيليسي والركام الكلسي والركام الخفيف الطيني الممدد (الخشن والناعم)) المعرض لدرجات حرارة مرتفعة، ومن جهة أخرى، دراسة إمكانية استخدام الطين الممدد الخفيف كركام خشن أو ناعم كبديل للركام الطبيعي في الخرسانة، ودراسة إمكانية استبدال مسحوق الطين الممدد كبديل للأسمنت في الخرسانة عند البحث عن النسبة المثلى لاستبدال الحصى الطبيعي بالحصى الخفيف ومسحوق الطين الممدد بالأسمنت، تمت دراسة عائلتين من الخرسانة: الخرسانة القائمة على الركام العادي (الرمل السيليسي والركام الكلسي) والخرسانة القائمة على الركام الخفيف من الطين الممدد ومسحوق الركام الخفيف (10% من الركام الخفيف من الطين الممدد و5% من مسحوق الركام الخفيف). لكل عائلة من الخرسانة، تم استخدام نسبتين من الماء/الأسمنت: 10.4 و60.5. تم تعريض الخرسانة لدورات تسخين وتبريد عند درجات حرارة 250 درجة مئوية، 400 درجة مئوية، 600 درجة مئوية و800 درجة مئوية. تم تحليل الخصائص الفيزيائية والميكانيكية المتبقية لمختلف أنواع الخرسانة المصنعة سمح تحليل نتائج الاختبارات بتوصيف مختلف الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخرسانة المعرضة لدرجات حرارة مرتفعة. كشفت النتائج أن الركام الخفيف من الطين الممدد، وكذلك الخرسانة المكونة من هذا الركام ومسحوق الطين الممدد، تظهر سلوكاً متفوقاً عند تعرضها لدرجات حرارة مرتفعة

La détérioration physique des structures en béton lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées est l'un des facteurs les plus importants affectant la durabilité du béton et ses performances au cours de sa durée de vie. Il est donc important d'utiliser de nouveaux matériaux synthétiques ou recyclés comme alternative aux matières premières naturelles. pour produire du béton durable. Cette étude vise, d'une part, à étudier le comportement des granulats (sable siliceux, granulats calcaires et granulats léger d’argile expansée (grossier et fin) exposés à des températures élevées, et d'autre part, à étudier la possibilité d'utiliser de l'argile expansée légère (GL) comme granulat grossier ou fin comme alternative aux granulats naturels pour le béton, et étudier la possibilité de remplacement de la poudre d'argile expansée (PAE) comme substitut du ciment dans le béton. Lors de la recherche du rapport optimal pour remplacer le granulat naturel par du granulat léger et le ciment par la poudre d'argile expansée du ciment, deux familles de béton ont été distinguées : le béton à base de granulats ordinaires (sable siliceux et granulats calcaires) et le béton à base de granulats légers en argile expansée et la poudre de granulats légers (10% de granulats légers et 5% de poudre de granulats légers). Pour chaque famille de béton, deux rapports E/C ont été utilisés : 0.41 et 0.56. Les bétons ont été soumis à des cycles de chauffage- refroidissement à des températures de 250°C, 400°C, 600°C et 800°C. Les propriétés physiques et mécaniques résiduelles des différents bétons formulés ont été analysées. L'analyse des résultats des essais a permis de caractériser différentes propriétés physiques et mécaniques du béton soumis à des températures élevées. Les résultats ont révélé que les granulats légers en argile expansée, ainsi que les bétons composés de ces granulats et de la poudre d'argile expansée, présentent un comportement supérieur lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées

The physical deterioration of concrete structures when exposed to high temperatures is one of the most important factors affecting concrete durability and performance throughout its lifespan. Therefore, it is important to use new synthetic or recycled materials as alternatives to natural raw materials to produce sustainable concrete. This study aims, on one hand, to study the behavior of aggregates (siliceous sand, limestone aggregates, and expanded clay aggregates (coarse and fine)) exposed to high temperatures, and on the other hand, to study the possibility of using lightweight expanded clay (GL) as coarse or fine aggregate as an alternative to natural aggregates for concrete, and study the possibility of replacing expanded clay powder (PAE) as a substitute for cement in concrete. When searching for the optimal ratio to replace natural gravel with lightweight gravel and cement with expanded clay powder, two families of concrete were studied: concrete based on ordinary aggregates (siliceous sand and limestone aggregates) and concrete based on lightweight expanded clay aggregates and lightweight aggregate powder (10% lightweight expanded clay aggregates and 5% lightweight aggregate powder). For each concrete family, two W/C ratios were used: 0.41 and 0.56. The concretes were subjected to heating-cooling cycles at temperatures of 250°C, 400°C, 600°C, and 800°C. The residual physical and mechanical properties of the different formulated concretes were analyzed. The analysis of test results allowed for the characterization of different physical and mechanical properties of concrete subjected to high temperatures. The results revealed that lightweight expanded clay aggregates, as well as concretes composed of these aggregates and expanded clay powder, exhibit superior behavior when exposed to high temperatures