25438

بررسي پراكنش نانوصفحات نيتريد بور در محيط قليايي سيماني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - سازه

1397-1400

1400/06/29

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

ندارد

مهندسي عمران

در دهه اخير نانوصفحات نيتريد بور به عنوان يك نانو ماده‌ي با خواص مكانيكي فوق العاده، سطح ويژه بالا و تعامل قوي با ماتريس ميزبان مورد توجه محققان صنعت ساخت قرار گرفته است. با اين حال، عملكرد اين نانوماده در كامپوزيت‌هاي سيماني به دليل ضعف پايداري و عدم پراكنش يكنواخت آن در محيط قليايي سيماني نياز به بررسي و تحقيقات بيشتري دارد. لذا اين تحقيق به بررسي تأثير عوامل تاثيرگذاري مانند انرژي آلتراسونيك، حضور انواع كاتيون‌ها، ميزان قلياييت و تاثير سورفاكتانت‌ها بر پراكنش نانوصفحات نيتريد بور در محيط قليايي سيماني مي‌پردازد. براي انجام اين تحقيق آزمايش‌هاي مرئي-فرابنفش، ميكروسكوپ نيروي اتمي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ميكروسكوپ الكتروني عبوري، پراكندگي نور ديناميكي، پتانسيل سطحي ذرات، ميني اسلامپ، تخلخل سنج هليومي، مقاومت فشاري و خمشي بر روي نمونه‌هاي شاهد و نمونه‌هاي حاوي نيتريد بور انجام شده است. نتايج اين تحقيق بيانگر آن است كه انرژي فراصوت معادل 165000 ژول بر ميلي‌گرم در محلولي با غلظت 024/0 ميلي‌گرم بر ميلي‌ليتر بيشترين ميزان پراكنش نيتريد بور را در محلول آبي ايجاد مي‌كند. علاوه بر اين مشاهده شد كه كاتيون كلسيم در مقايسه با كاتيونهاي سديم و پتاسيم بيشترين تاثير را بر كلوخه شدگي نيتريد بور در محيط قليايي سيماني دارد. همچنين، در محلول قليايي با مقدار قلياييت‌هاي 5/7 تا 2/12 پراكنش نيتريد بور پايدار است اما در محلول با قلياييت برابر 1/13، پراكنش نانو صفحات نيتريد بور كاهش مي‌يابد. در ميان سورفاكتانت‌هاي مورد بررسي در اين تحقيق، صمغ عربي، پلي كربوكسيلات اتر و نفتالن سولفونات به ترتيب بيشترين توانايي را در تثبيت پراكنش نيتريد بور در محيط قليايي سيماني نشان دادند اما سورفاكتانت سديم دودسيل سولفات‌ عملكرد ضعيفي در حفظ پراكنش نيتريد بور در محيط قليايي سيماني داشت. در نهايت، با بهينه كردن پارامترهاي فوق‌الذكر و افزودن تنها 01/0 درصد وزني سيمان نيتريد بور، مقاومت فشاري و خمشي خمير سيمان به ترتيب 59/14درصد و 83/7 درصد افزايش يافت.

1400/08/03

Investigating dispersion of boron nitride nanosheets in cementitious alkaline environment

9/20/2022 12:00:00 AM

In the past decade, Boron nitide nanosheets (BNNSs) has attracted the interests of researchers as supplementary materials in construction industry due to their extraordinary mechanical properties, large surface area and strong interaction with the host matrix. However, the role of BNNS in cementitious alkaline environment due to its poor stability and lack of uniform dispersion needs further investigation. Therefore, this study investigates the effect of influential factors such as ultrasonication energy, the presence of cations, alkalinity and surfactants on BNNS dispersion in the cementitious alkaline environment. For this purpose, UV-vis test, atomic force microscope, scanning electron microscope, transmission electron microscope, dynamic light scattering, zeta potential measurement, mini-slump test, helium porosity test, compressive and flexural strengths were performed on the control samples and BNNS containing samples. The results show that the ultrasonication energy equal to 165000 J/mg within the aqueous solution with a concentration of 0.024 mg / ml guarantees the best level of BNNS dispersion. Moreover, Ca2+ is the most detrimental cation among other ones (Na+ and K+) in the case of BNNS agglomeration in the cementitious alkaline environment. Furthermore, although, in the solutions with alkalinity of 7.5 to 12.2, the dispersion of BNNS is stable, at high alkali media with PH value equal to 13.1, BNNS dispersion undergoes reduction. Among examined surfactants, gum arabic, polycarboxylate ether based superplasticizer and naphthalene based superplasticizer showed highest ability to stabilize the dispersion of BNNS in the cementitious alkaline environment, respectively, while sodium dodecyl sulfate had poor ability to maintain BNNS dispersion. Finally, by optimizing the above-mentioned parameters and adding only 0.01 wt% of BNNSs, the compressive and flexural strengths of cement paste increased by 14.59% and 7.83%, respectively.

كلوخه‌شدگي , محيط قليايي سيماني , نانو صفحات نيتريد بور

Agglomeration , Cementitious alkaline environment , Boron nitide nanosheets