21534

21534

اثر تركيبي نانو گرافن‌اكسايد و پوزولان پوميس بر خواص مكانيكي و نفوذپذيري كامپوزيت سيماني

كارشناسي ارشد

سازه

1395

1398/2/31

دكتر حبيب نژاد - دكتر سيد سجاد ميرولد

عمران

با افزايش كاربرد نانو ذرات در علوم مختلف به‌كارگيري افزودني‌هاي نانو مقياس در محيط سيماني موردتوجه محققين قرارگرفته است. نكته قابل‌توجه در مورد اين نانو ذرات اين است كه اگر با روش مناسب پخش‌شدگي به كار گرفته نشوند نمي‌توانند موجب بهبود خواص كامپوزيت سيماني گردند. يكي از نانو ذراتي كه اخيراً موردتوجه محققين قرارگرفته است گرافن‌اكسايد مي‌باشد. ازجمله خواص گرافن‌اكسايد مي‌توان به سطح ويژه خيلي زياد، مقاومت كششي و مدول الاستيسيته بالا، خواص الكتريكي و حرارتي عالي آن اشاره كرد كه متعاقباً موجب كاربرد فراوان آن در كامپوزيت سيماني گرديده است. اما استفاده از روش مناسب براي پخش يكنواخت گرافن‌اكسايد در محيط سيماني بسيار مهم است، چراكه باوجود آب‌دوست بودن گرافن‌اكسايد و توانايي بالاي آن در پخش شدن در آب، اين نانوماده در محلول حاصل از سيمان هيدراته شده كه اساساً شامل يون‌هاي قليايي از جمله پتاسيم، سديم و كلسيم هست و درجه قلياييت بالايي هم دارد، تمايل شديدي براي كلوخه شدن از خود نشان مي‌دهد. با توجه به فرآيند پخش‌شدگي گرافن‌اكسايد كه علاوه بر وقت‌گير و هزينه‌بر بودن حتي مي‌تواند موجب آسيب رساندن به شبكه ورقه‌هاي گرافن شود، رفع مشكل كلوخه شدن اين نانوذره از اهميت فراواني برخوردار است به‌نحوي‌كه استفاده نكردن از روش پخش‌شدگي مناسب اين نانو ذرات حتي مي‌تواند سبب ايجاد نقاط ضعف در كامپوزيت حاصل و نتيجتاً كاهش مقاومت گردد. با توجه به اهميت اين موضوع، در تحقيق حاضر از تركيب همزمان نانو صفحات گرافن‌اكسايد و پوزولان پوميس براي بهبود پخش‌شدگي نانو صفحات گرافن‌اكسايد در محيط سيماني و در نتيجه بهبود خواص كامپوزيت سيماني استفاده شده است. در اين تحقيق ابتدا تأثير دو عامل يون‌هاي آزاد و درجه قلياييت بتن تازه به‌عنوان عواملي كه مي‌توانند موجب ايجاد و يا تشديد پديده كلوخه شدن شوند موردبررسي قرارگرفته است و سپس آزمايش‌هاي خواص مكانيكي و نفوذپذيري بر روي كامپوزيت سيماني حاوي اين دو افزودني انجام شده است. نمونه‌هاي كامپوزيت سيماني با درصد مشاركت 0.02 و 0.04 گرافن‌اكسايد به همراه 10، 15 و 20 درصد پوزولان پوميس و طبق مقالات معتبر و طرح مخلوط استاندارد تهيه شده و از آزمايش‌هاي ميز جريان، گيرش، ميني اسلامپ، مقاومت فشاري، مقاومت كششي، مقاومت خمشي، نرخ جذب مويينگي، مقاومت الكتريكي و تخلخل‌سنج استفاده شده است. نتايج حاكي از آن است كه پوزولان پوميس در محيط سيماني و همزمان با واكنش هيدراتاسيون موجب متعادل نگه داشتن قلياييت و مانع از بالا رفتن PH محيط ميگردد و از اين طريق موجب بهبود پخش‌شدگي گرافن اكسايد در محيط سيماني ميگردد. در ادامه طبق آزمايش هاي ملات تازه ميتوان گفت گرافن اكسايد كارايي و گيرش اوليه كامپوزيت را بدليل فعاليت خيلي بالا و سطح ويژه بالا كاهش ميدهند همچنين كامپوزيت‌هاي حاوي تركيب 0.04 درصد گرافن‌اكسايد و 15 درصد پوزولان پوميس موجب افزايش 27 و 22 درصدي مقاومت فشاري، 39 و 44 درصدي مقاومت خمشي، 22 و 25 درصدي مقاومت كششي،27 و 18 درصدي مقاومت الكتريكي در سنين 28 و 90 روزه، كاهش 20 درصدي تخلخل نمونه در سن 90 روزه و كاهش 24 و 17درصدي نرخ جذب مويينه،18 و 16درصدي جذب حجمي آب در سنين 28و 90 گرديده است.

1398/10/17

Hybrid effect of nano graphene oxide and pumice pozzolan on mechanical properties and permibility of cement composites

5/21/2019 12:00:00 AM

By increasing the application of nanoparticles in different sciences, the use of nano-scale additives in the cementitious environment has been considered by researchers. The remarkable thing about these nanoparticles is that they can not improve the properties of cement composites if they are not applied with proper spreading. One of the nanoparticles most recently considered by researchers is graphene oxide. Among the properties of graphene oxide, it can be noted that the high specific surface area, tensile strength and high elasticity modulus, high electrical and thermal properties, have resulted in its application in cement composites. But the use of a suitable method for uniform dispersion of graphene oxide in the cement environment is very important, despite of the graphene oxide hydrophobility and its high ability to spread in water, this nanomaterial has a strong tendency to agglomaration because hydrated cement solution that basically contains alkaline ions such as potassium, sodium and calcium and has a high alkalinity. Due to the process of graphene oxide dispersion which in addition to being time consuming and costly,even could damage the graphene grid, it is important to solve the problem of the grinding of this nanoparticle, while using the inappropriate dispersion of these nanoparticles can even create Weaknesses in the composite result and consequently reduce the resistance. Considering the importance of this issue, in the present study, the combination of nanoparticles of graphene oxide and pumice pozzolan has been used to improve the dispersion of graphene oxide nanoparticles in cementitious environments and as a result of improving the properties of composite composites. In this study, firstly, the effect of free ions and new alkaline levels as factors that can cause agglomaration is studied, and then mechanical properties and permeability tests on cement composites containing these two additives were performed. Cement composite specimens with percentage of 0.02 and 0.04 graphene oxide with 10, 15 and 20% pumice pozzolan have been prepared with standard mixing design and the flow table, initial setting test, mini slump, compressive strength, tensile strength, flexural strength,Sorptivity , electrical resistance and Water absorbtion. The results showed that composites containing 0.04% graphene oxide and 15% pumice pozzolan increased compressive strength by 27% and 22%, flexural strength by 39% and 44%, and resistance to tensile strength by 21.8% and 25%, and resistance to mechanical strength of 27% and 18% respectively at the age of 28 and 90 days, respectively. 20% decrease in sample porosity at 90 days of age, and decrease of 24.3 and 17% in capillary absorption, 18.1% and 16% in water absorption at the age of 28 and 90 years.