28281

بررسي تأثير سرباره فولاد بر پخش پذيري اكسيد گرافن در محيط قليايي سيماني و اثر مشترك آنها بر خواص مكانيكي ملات سيماني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1399

1401/12/22

سيد سجاد ميرولد - اصغر حبيب نژاد كورايم

مهندسي عمران

سرباره¬فولاد يكي از مواد زائد صنعت فولاد مي¬باشد كه معمولاً بخشي از آن در ابتدا در كارخانه‌هاي فولاد انبار مي‌شود و در نهايت به محل‌هاي دفن سرباره فرستاده مي‌¬شود و مي¬تواند باعث آلودگي آب و خاك شود؛ استفاده از سرباره¬فولاد دركاربردهاي مهندسي عمران مي‌تواند نياز به دفع آن‌ها را كاهش داده و همچنين استفاده از منابع طبيعي براي توليد سيمان و بتن را نيز كاهش دهد و علاوه¬بر اين كاهش مصرف سيمان مي¬تواند منجر به كاهش توليد گاز CO2 و آلودگي هاي زيست¬محيطي ¬گردد. از طرفي، بررسي كاربرد فناوري نانو در صنعت ساختمان بخصوص در توليد بتن كه يكي از اصلي¬ترين مصالح سازه-اي مي¬باشد داراي اهميت بوده و يكي از برجسته¬ترين اولويت¬هاي جامعه تحقيقاتي است؛ از بين نانو مواد، اثر استفاده از نانو اكسيد گرافن در كامپوزيت¬هاي سيماني بصورت گسترده مورد مطالعه قرار گرفته¬است؛ و بزرگترين مسأله¬اي كه براي استفاده از آن مطرح است؛ كلوخه¬شدن آن در محيط¬ هاي قليايي مي¬باشد كه مي¬تواند منجر به كاهش و يا حتي از بين رفتن تأثيرات مثبت اين نانو ذرات در كامپوزيت¬هاي سيماني گردد. در اين پژوهش ابتدا اثر سرباره¬فولاد بر پخش¬شدگي اكسيد گرافن در محيط آبي و محيط شبيه¬ساز سيماني با استفاده از آزمايش¬هاي اندازه¬گيري pH، طيف¬سنجي مرئي – فرابنفش، پتانسيل زتا، توزيع اندازه ذرات و آناليز تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي گرديد و با استفاده از نتايج بدست آمده از آزمايشات قبلي نمونه¬هاي ملات سيماني حاوي سرباره¬فولاد، اكسيد گرافن و پلي كربوكسيلات اتر ساخته¬شده و سپس كارايي، مقاومت فشاري و خمشي آنها بررسي شد. نتايج بدست آمده نشان داد كه ذرات سرباره¬فولاد باعث كلوخه¬شدن اكسيد گرافن در محيط آبي مي¬شوند و همچنين در محيط قليايي نيز به تنهايي مانع كلوخگي ذرات اكسيد گرافن نمي¬شوند؛ اما پس از اضافه¬شدن پلي كربوكسيلات اتر؛ پخش-شدگي مناسب ذرات اكسيد گرافن در محيط قليايي در حضور سرباره¬فولاد ايجاد گرديد و نتايج نشان داد كه پلي كربوكسيلات اتر مي¬تواند پخش¬شدگي ذرات اكسيد گرافن را در حضور سرباره¬فولاد و در محيط قليايي سيماني تضمين كند. در نهايت مقدار بهينه اكسيد گرافن 03/0 گرم بر ليتر، سرباره¬فولاد 750 برابر وزني اكسيد گرافن و پلي كربوكسيلات اتر 20 برابر وزني اكسيدگرافن بدست آمد. نتايج كارايي نشان داد كه حضور همزمان سرباره¬فولاد و اكسيد گرافن منجر به بهبود اندك كارايي نسبت به نمونه مرجع مي¬شود و همچنين در نتايج مقاومت فشاري و خمشي 28 روزه نمونه¬هاي حاوي سرباره¬فولاد، اكسيد گرافن و پلي كربوكسيلات اتر به ترتيب 2/15 % و 7/16 % افزايش نسبت به نمونه مرجع مشاهده¬شد.

1402/02/30

Investigating the effect of steel slag on the dispersion of graphene oxide in cementitious environment and its effect on the mechanical properties of mortars

3/12/2024 12:00:00 AM

Steel slag is one of the waste materials of the steel industry, usually part of which is initially stored in steel mills and eventually sent to slag burial sites and can cause water and soil pollution. The use of steel slag in civil engineering applications can reduce the need to dispose of them and also reduce the use of natural resources for the production of cement and concrete, and in addition, reducing cement consumption can lead to a reduction in CO2 emissions and environmental pollution. On the other hand, investigating the application of nano technology in the construction industry, especially in the production of concrete, which is one of the main structural materials, is important and is one of the most prominent priorities of the research community. Among nano materials, the effect of using Graphene Oxide in cement composites has been widely studied. The biggest problem for its use is its agglomeration in alkaline environments, which can lead to the reduction or even loss of positive effects of these nanoparticles on cement composites. In this study, first, the effect of steel slag on the dispersion of Graphene Oxide in aqua and alkaline environments was investigated by using pH measurement, UV-visible spectroscopy, Zeta potential, DLS and SEM images analysis, and using the results obtained from previous experiments, cement mortar samples containing steel slag, graphene oxide and polycarboxylate ether were made and then the fluidity, compressive and flexural strengths of cement mortar have been examined. The results showed that steel slag particles lead to agglomeration of graphene oxide in aqua environment and also in alkaline environment alone they do not prevent graphene oxide particles from agglomeration. However, after addition of polycarboxylate ether, proper dispersion of graphene oxide particles in alkaline environment was created in the presence of steel slag and the results showed that polycarboxylate ether can ensure the dispersion of graphene oxide particles in the presence of steel slag and in alkaline environment. Finally, the optimal amount of graphene oxide as 0.03 g/L, mass ratio of SS/GO as 750 and mass ratio of PCE/GO as 20 was obtained. The fluidity results showed that the simultaneous presence of steel slag and graphene oxide slightly improves the fluidity compared to the reference sample. and also in the 28-days compressive and bending strength results of samples containing steel slag, graphene oxide and polycarboxylate ether, respectively 15.2% and 16.7% increase compared to the reference sample was observed.

نانو اكسيد گرافن , سرباره فولاد , پلي كربوكسيلات اتر , پخش پذيري , ملات سيمان

Graphene oxide , Steel slag , Polycarboxylate ether , Dispersion , Cement mortar

Omid Madannejad

Dr. Seyed sajjad Mirvalad - Dr. Asghar Habibnejad korayem