18052

18052

بررسي تاثير نانوذرات اكسيد گرافن بر ويژگي حرارتي كامپوزيت هاي سيماني

كارشناسي ارشد

سازه

مهر 1396

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

دكتر صادق صادق زاده

عمران

هدايت حرارتي يكي از پارامترهاي كليدي و مهم در مشخص كردن توانايي بتن در انتقال حرارت است. بتن با هدايت حرارتي كم براي عايق بندي ساختمانها مفيد است درحاليكه بتن با هدايت حرارتي بالا براي كاهش گراديان حرارتي مفيد است. تنشهاي حرارتي كه به علت گراديان حرارتي به وجود ميآيد ممكن است باعث تأثير منفي بر مشخصات مكانيكي بتن شود. به عنوان مثال، پلها به علت تفاوت دمايي سطوح بالا و پايينشان ممكن است دستخوش اين تنشها شوند و لذا بتن با هدايت حرارتي بالا در ساخت پلها و سازههاي مرتبط ميتواند كاربرد داشته باشد و در بتنريزيهاي حجيم از جمله در سدهاي بتني، بتن با هدايت حرارتي بالا ميتواند از تركهاي ناشي از حرارت هيدراتاسيون سيمان بكاهد. در تحقيقات گذشته تأثير افزودنيهاي ميكرو مقياسي چون خاكستر بادي و سرباره كوره آهنگدازي جهت بهبود عملكرد حرارتي بتن مورد ارزيابي و تحقيق قرار گرفته است. اما نگاه خاصي به استفاده از نانوذرات نوظهوري چون اكسيد گرافن با مشخصات مكانيكي منحصر به فرد و خواص حرارتي ايدهآل صورت نگرفته است. لذا در اين تحقيق تأثير عملكرد نانوذرات اكسيد گرافن بر عملكرد حرارتي كامپوزيت سيماني بررسي شده است. نانوذرات اكسيد گرافن به ميزان 0.02 ، 0.04 و 0.06 درصد وزني سيمان به ملات ماسه سيمان اضافه شده و تأثير آن بر كارايي، خواص مكانيكي، نفوذپذيري، ريزساختار و خواص حرارتي مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمايشها نشانگر آن بود كه افزودن نانو ذرات اكسيد گرافن با درصدهاي 0.02 ، 0.04 و 0.06 به ترتيب 5% ، 19% و 17% افزايش مقاومت خمشي 13% ، 18% و 17% افزايش مقاومت فشاري و 4% ، 48% و 28% افزايش هدايت حرارتي را موجب گرديد. همچنين نفوذپذيري و جذب آب نمونههاي حاوي نانوذرات اكسيد گرافن از نمونه شاهد فاقد اين نانوذرات كمتر بود. بررسي ريزساختار ملات ماسه سيمان بيانگر آن بود كه نانوذرات اكسيد گرافن با ايجاد كانونهاي هستهزايي محصولات هيدراتاسيون بيشتر و متراكمتري را ايجاد ميكنند كه ميتواند مانع توسعه تركها در ملات شده و همچنين تخلخل آن را كاهش دهد. نتايج اين تحقيق ميتواند به كاربرد نانوذرات در توليد بتنهاي كاراتر و پربازدهتر كمك كرده و زمينه بهرهمندي از فناوري نانو را در صنعت ساخت و ساز فراهمتر كند. واژههاي كليدي: كامپوزيت سيماني، اكسيد گرافن، هدايت حرارتي ، مشخصات مكانيكي.

1396/08/23

10/23/2018 12:00:00 AM

Thermal conductivity is one of the key parameters in determining the ability of concrete to heat transfer. Concrete with low thermal conductivity is useful for building insulation, while high-conductive concrete is useful for reducing the thermal gradient. The thermal stresses caused by the thermal gradient may have a negative effect on the mechanical properties of the concrete. For example, bridges may be exposed to these tensions due to the difference in temperature between their upper and lower levels, and therefore concrete with high thermal conductivity can be used to build bridges and related structures. In large density concrete such as concrete dams, high thermal conductive concrete can reduce the cracks caused by the heat of cement hydration. In the past studies, the effects of micro-scale additives such as wind ash and slag have been investigated for improving the thermal performance of concrete. However, there is no specific look at the use of emerging nanoparticles such as graphene oxide with unique mechanical properties and ideal thermal properties. Therefore, in this research, the effect of graphene oxide nanoparticles on the thermal performance of cement composites has been investigated. Graphene oxide nanoparticles were added to cement sand mortar at 0.02, 0.04 and 0.06 percent by weight, and its effect on performance, mechanical properties, permeability, microstructure and thermal properties was eva​luated. The results of the experiments indicated that the addition of graphene oxide nanoparticles with 0.02, 0.04 and 0.06 percent increased the flexural strength by 5% , 19% and 17% and increased the compressive strength by 13% ,18% and 17%, and 4% ,48% and 28%, respectively. Moreover, the permeability and water absorption of samples containing graphene oxide nanoparticles were less than that of the control sample. The investigation of the microstructure of cement mortars was shown that graphene oxide nanoparticles create more compact hydrated products by creating nucliation sites, which can prevent the development of cracks in the mortar as well as reduce porosity. The results of this study can help the application of nanoparticles in the production of more efficient and multi-purpose concrete and provide the ground for the benefit of nanotechnology in the construction industry. Key word: Cement composite, thermal conductivity, mechanical properties, graphene oxide