21348

21348

بررسي تأثير انرژي آلتراسونيك بر پخش شدگي نانو ذرات هالوسيت در محيط سيماني و اثر آن بر دوام كامپوزيت‌هاي سيماني

كارشناسي ارشد

سازه

1396

1398/07/20

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

عمران

نانولوله هالوسيت نوعي رس معدني است كه كاربردهاي صنعتي مختلفي داشته است اما در صنعت بتن كمتر موردتوجه قرارگرفته است. مشخصات مكانيكي و شيميايي مناسب اين نانولوله منجر شده است تا به‌عنوان يك افزودني نانومقياس در كامپوزيت¬هاي سيماني مورداستفاده قرار گيرد. نانولوله هالوسيت داراي ويژگي¬هايي از جمله نسبت طول به قطر بالا، سطح ويژه بالا، سطح زبر، خاصيت پوزولاني و خاصيت آب‌دوستي مي¬باشد. نكته قابل‌توجه در استفاده از نانولوله هالوسيت، پخش¬شدگي يكنواخت آن‌ها در ماتريس سيماني مي¬باشد. يكي از روش¬هاي دستيابي به پخش¬شدگي مطلوب نانولوله هالوسيت در ماتريس-هاي سيماني استفاده از انرژي مافوق صوت مي¬باشد، اما چالش اصلي در اين روش انتخاب انرژي بهينه مي¬باشد؛ به¬گونه¬اي كه انرژي بايد طوري انتخاب گردد كه از يك‌سو باعث پخش¬شدگي يكنواخت نانوذره در ماتريس سيماني شود و از سوي ديگر باعث عدم آسيب رساندن به نانوذره گردد. به علت در دسترس نبودن تحقيقاتي كه در رابطه با انتخاب انرژي مافوق صوت بهينه براي پخش¬شدگي نانولوله هالوسيت باشند، انتخاب انرژي مافوق صوت بهينه كار دشواري است. بنابراين در بخش اول اين تحقيق به بررسي تأثير انرژي مافوق صوت بر پخش¬شدگي نانولوله هالوسيت در محيط آبي و سيماني پرداخته‌شده است. نتايج اين بخش نشانگر بهترين عملكرد مكانيكي ملات ماسه سيمان حاوي 2 درصد وزني سيمان نانولوله هالوسيت در سطح انرژي Joule/CHNT960 بوده و اين سطح انرژي به‌عنوان سطح انرژي مافوق صوت بهينه به دست آمد. از طرفي با استفاده از سطح انرژي مافوق صوت بهينه، در بخش دوم اين تحقيق خواص كارايي، مكانيكي و دوام در برابر تهاجم يون¬هاي سولفاتي ملات ماسه سيمان حاوي 1، 2 و 3 درصد وزني سيمان نانولوله هالوسيت ارزيابي گرديد. نتايج اين بخش از تحقيق نيز نشانگر كاهش كارايي، افزايش 46 درصدي مقاومت فشاري، افزايش 21 درصدي مقاومت خمشي، كاهش 60 درصدي تخلخل، افزايش 51 درصدي مقاومت در برابر حمله سولفاتي پس از 15 هفته غوطه¬وري در محلول 5 درصد سديم سولفات، در نمونه¬هاي حاوي 2 درصد وزني سيمان نانولوله هالوسيت بود. در بين درصدهاي مصرفي، ميزان 2 درصد نانولوله هالوسيت در ملات ماسه سيمان به‌واسطه عملكرد¬هاي مناسب آن در مشخصات مكانيكي و دوام در برابر تهاجم يون¬هاي سولفاتي در مقايسه با ديگر درصدهاي هالوسيت مصرفي، به‌عنوان درصد بهينه مصرفي نانولوله هالوسيت انتخاب گرديد.

1398/09/05

Investigating the influence of ultrasonication energy on dispersion of halloysite nanotubes in cementitious medium and its effect on durability of cementitious composite

11/19/2019 12:00:00 AM

Halloysite nanotubes are mineral clays which have various industrial applications but in concrete industry haven’t been considered as much. Suitable mechanical properties of halloysite nanotubes have resulted in to be considered as a nanoscale additive in cementitious materials. Halloysite nanotubes have properties such as high length to diameter (L/D) ratio, high specific surface area, low density on the surface, rough surface, pozzolanic and hydrophobic properties. The notable problem in utilizing nano-halloysite particles is their uniform dispersion in the cementitious matrix. One of the methods to gain a suitable dispersion of the nanoparticles in the cementitious matrix is ultrasonic method, but the main challenge of this method is the selection of the optimum ultrasonication energy, which it should make the particles to be dispersed uniformly in the cementitious matrix and on the other hand don’t hurt the nano-scale particles. Due to the lack of researches in optimum ultrasonication energy field for dispersion of the halloysite nanotubes, the selection of the optimum ultrasonication energy is difficult. So, in the first part of this research the effect of the ultrasonication energy on the dispersion of the halloysite nanotubes in aqueous and cementitious medium was investigated. The results showed that the cement mortar with 2 percent of the weight halloysite nanotubes in 960 Joule/CHNT energy level has the best functionality in mechanical point of view, and this energy level was chosen as optimum ultrasonic energy level. And yet by using this optimum ultrasonic energy level, in the second part of this research workability and mechanical properties and durability of cement mortars containing 1, 2 and 3 weight percent of the cement halloysite nanotubes were evaluated. The results in this part showed a decrease in workability, 46 percent increase in compressive strength, 21 percent increase in flexural strength, 60 percent decrease in porosity, 51 percent increase in sulfate attack resistance after 15 weeks being immersed in 5% sodium sulfate solution, in samples containing 2 percent halloysite nanotubes. Due to excellent functionality on mechanical and durability compared to others, this 2 percent replacement of halloysite nanotubes in cement mortar was chosen as optimum percentage.