CHARACTERIZATION OF AN ULTRA-HIGH PERFORMANCE CONCRETE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MSc Thesis) Ibrahim_HakeemFinal_Thesis-UHPC_(14_June_2011).pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر Ductal®ملكيه مسجله من الخرسانه العاليه الاداء و الجوده ((UHPC وقد طور بالتعاون بين ثلاث شركات، , Bouygues, Lafarge و Rhodia في فرنسا. Ductal® هو انجاز تكنولوجي للخرسانه العاليه الاداء والجوده (UHPC) حيث يعطي قوه ظغط عاليه جدا تتجاوز 200 ميجاباسكال وقوه شد الانحناء تزيد عن 30 ميجاباسكال، و الليونه مثل البلاستيك او الخشب، وديمومه مثل الصخر، ومظهرا جماليا كالسيراميك. هذه التكنولوجيا الجديده توفر امكانيه بنا العناصر الانشائيه بدون حديد تسليح و تجمع بين التطبيقات المبتكره، و الخفه و الديمومه الممتازه. ويتم انتاج هذه الخرسانه باستخدام مواد شائعه في الخرسانه : مثل الاسمنت، وغبار السيليكا، و الرمل، و المضاف العالي الملدن، والماء فضلا عن بعض المواد الفريده والخاصه ب Ductal® مثل الكوارتز المسحوق والالياف. و تستند جميع صيغ Ductal® على التناسب الامثل و الجمع بين التجانس و الكثافه المدكوكه وذلك لتلبيه معايير الريولوجيه (قابليه تشغيل ممتازه وقدره وضع ذاتيه)، ومعايير ميكانيكيه ( قوه ظغط عاليه جدا وسلوك شد غير هش)، و معايير الديمومه ( مقاومه شبه كامله لجميع الاعتداءات التقليديه ). و في ضوء هذا التطور الجديد في الخرسانه، فقد تم تنفيذ هذا العمل الاستكشافي لدراسه هذه الماده و النظر في استخدامها كماده انشاء واصلاح في المملكه العربيه السعوديه. و قد تم عمل برنامج اختبارات لاعداد خرسانه Ductal® وذلك باستخدام مواد مستورده وقياس الخواص الميكانيكيه و الديمومه. و قد تم عرض نتائج هذه الدراسه في هذه الرساله، والتي تغطي بالتفصيل جميع جوانب العمل المنجز. وقد تركز برنامج الاختبارات على قياس الخواص والاداء على جبهتين : ا) الخواص الفيزيائيه و الميكانيكيه، ب) الخصائص والاداء المتعلق بقياس الديمومه. و فيما يتعلق بالخصائص الفيزيائيه و الميكانيكيه، فقد تم الحصول على مايلي: • قوه الظغط تجاوزت 160 ميجاباسكال بعد 28 يوما. وتزداد القوه في دورات الحراره-البروده. • قوه شد الانحناء من اختبارات التحميل على اربع نقاط اظهرت حوالي 31 ميجاباسكال. • قوه شد الفصل اظهرت قيمه 12.6 ميجاباسكال بعد 28 يوما . وتزداد القوه في دورات الحراره-البروده. • معامل المرونه حوالي 57 ميجاباسكال بعد 28 يوما. • معامل شده الاجهاد، Kic كان 16.8 ميجاباسكال بعد 28 يوما و طاقه الكسر 31.6 كيلونيوتن/متر. • الانكماش الجاف اظهر قيمه 300x10-6 بعد 28 يوما. • امتصاص الماء يكاد لايذكر، حوالي .0.1 % • قياس نفاذيه الماء باستخدام اختبار DIN اظهر عمليا ان لا وجود لاختراق الماء. • اختبار نفاذيه الكلوريد السريع اظهر قراءات ضئيله جدا. تم فحص ديمومه Ductal® وذلك باستخدام ثلاث حالات تعريض لمده سته اشهر: (ا) التعرض لظروف المختبر، (ب) التعرض لدورات حراره – بروده متعاقبه ( تسخين بدرجه حراره 60 درجه مئويه لمده يومين ثم التبريد بدرجه حراره الغرفه ليومين)، (ج) التعرض لدورات ترطيب – جفاف متعاقبه ( ترطيب لمده يومين بمحلول السبخه ثم التجفيف بدرجه حراره 30 درجه مئويه لمده يومين) . و قد اظهرت التجارب التي اجريت على عينات الدورات النتائج التاليه: • هناك ارتفاع في قوه الظغط للعينات المعرضه لدورات الحراره – البروده. • دورات الحراره – البروده ايضا زادت من معامل شده الاجهاد ( Kic) وطاقه الكسر، وانخفاظ في امتصاص الماء. • لم تظهر دورات التعرض اي تغير ملحوظ في نفاذيه المياه و نفاذيه الكلوريد السريع. تؤكد هذه الدراسه الادعاء من قبل الشركات المصنعه ان Ductal® يمتلك خصائص فيزيائيه و ميكانيكيه ممتازه و هي ماده ذات ديمومه عاليه في البيئه العدوانيه. عيوب هذه الماده لاستخدامها على نطاق واسع هو ارتفاع الكلفه نسبيا، التحكم بالخلط و صعوبه تسويه السطح باستخدام الادوات التقليديه. يمكن استخدام المنتج في المنشات الخاصه حيث الوزن و الديمومه هما الاهتمام الاكبر.

English Abstract

Ductal® is a proprietary ultra-high performance concrete (UHPFRC) cooperatively developed by three companies Lafarge, Bouygues, and Rhodia in France. Ductal is claimed to be a technological breakthrough UHPFRC, offering very high compressive strength exceeding 200 MPa and flexural tensile strength exceeding 30 MPa, ductility like plastic or wood, durability like stone, and the aesthetic like ceramics. This new technology offers the possibility to build structural elements without passive reinforcements and to combine innovative applications, lightness, and excellent durability. Ductal concrete is produced using materials commonly found in concrete: cement, silica fume, sand, superplasticizer and water, as well as some materials unique to Ductal: ground quartz and fibers. The various Ductal formulations are all based on an optimized proportioning, combining homogeneity and granular compacted density to satisfy rheological criteria (excellent workability and self-placing capability), mechanical criteria (very high compressive strength and non-brittle tensile behavior) and durability criteria (near-total invulnerability to all conventional aggressions). In the light of this new development in concrete, an exploratory work was undertaken to study this material and examine its potential use as a construction and repair material in Saudi Arabia. An experimental program was planned to prepare Ductal concrete using imported Ductal materials and measure its basic mechanical properties and durability. The findings of this study are presented in this thesis work, which covers in detail all aspects of work carried out. The experimental work focused on measuring properties and performance on two fronts: (a) physical and mechanical properties and (b) properties and performance related to durability. With regard to physical and mechanical properties, the following were obtained: • Compressive strength: 28-day strength exceeds 160 MPa. Strength increases in heat-cool cycles. • Flexural tensile strength determined from four-point bend tests shows a value of about 31 MPa. • Splitting tensile strength shows a value of 12.6 MPa after 28 days of water curing. • Modulus of elasticity is about 57 GPa. • Stress intensity factor, Kic = 16.8 MPa and fracture energy = 31.6 kN/m. • Drying shrinkage = 300106 after 28-day water curing. • Water absorption is almost negligible at about 0.1%. • Water permeability measured using DIN test showed virtually no depth of water penetration. • Rapid chloride permeability tests showed negligible readings. Durability of Ductal was examined by using three exposure conditions for a period of 6 months: (a) exposure to laboratory conditions, (b) exposure to alternate heat-cool cycles (heating at 60C for 2 days and then cooling at room temperature for 2 days), and (c) exposure to alternate wet-dry cycles (wetting for 2 days in sabkha type solution and then drying at 30C for 2 days). The tests conducted on the cycled specimens showed the following results: • There is a slight gain in compressive strength for specimens subjected to heat-cool cycles. • Heat-cool cycles also increased stress intensity factor (Kic) and fracture energy, and reduced water absorption. • Cyclic exposure did not show any noticeable change in water permeability and rapid chloride permeability. The study affirms the claim by the manufacturers that Ductal has excellent physical and mechanical properties and it is a highly durable material in aggressive environment. The drawbacks for this material for a widespread application are its relatively much higher cost, controlled mixing and difficulty in finishing the surface by conventional trowelling and floating operation. The product can be utilized in special construction where weight and durability are major concerns.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Azad, Abul Kalam
Committee Members:	Al-Gahtani, Husain and Maslehuddin, Muhammed and Gahtani, Ahmad
Depositing User:	Unnamed user with username g200704610
Date Deposited:	18 Jun 2011 10:23
Last Modified:	01 Nov 2019 15:29
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138463