25656

بررسي دوام و خواص مكانيكي كامپوزيت هاي سيماني حاوي تركيب نانو گرافن اكسايد و پوزولان پوميس در شرايط حمله سولفاتي و كلريدي

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1398

17/8/1400

دكتر سيد سجاد ميرولد - دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

مهندسي عمران

بتن به عنوان يكي از بادوام‌ترين و در‌دسترس‌ترين مصالح صنعت ساخت، در كنار ويژگي‌هاي مثبت، داراي ضعف‌هاي قابل‌تاملي مانند ضعف در كشش و نفوذپذيري است كه باعث شده محققان در پژوهش‌هاي خود به دنبال حذف يا كاهش ضعف‌ها و در كنار آن ارتقاي خواص مطلوب بتن باشند. اصلي‌ترين جزء تشكيل‌دهنده بتن سيمان است و كامپوزيت‌هاي سيماني عمده خواص خود را از سيمان كسب مي‌كند. اگر بتوان ساختار سيمان و ماتريس زمينه سيماني را دستخوش تغيير مثبت قرار داد، بسياري از ضعف‌هاي كامپوزيت سيماني مرتفع مي‌گردد. نانو صفحات گرافن اكسايد يكي از انواع نانو مواد است كه با داشتن دو ويژگي منحصربه‌فرد يعني مسلح‌كنندگي و سطح ويژه بسيار بالا، در بهبود ضعف كششي كامپوزيت سيماني و اصلاح نانو ساختار آن كه منجر به دوام بيشتر مي‌شود، نقش مفيدي ايفا مي‌كند. اصلي‌ترين چالش در استفاده از گرافن اكسايد كلوخه‌شدگي آن است؛ استفاده از انواع پوزولان يكي از راهكارهاي كاهش كلوخه‌شدگي است. در همين راستا، از پوزولان پوميس در اين پژوهش استفاده شده است تا از اثرات جانبي مثبت آن مانند كاهش مصرف سيمان نيز بهره گرفته شود. براي آن كه مشخص شود كامپوزيت سيماني حاوي تركيب گرافن اكسايد و پوميس از نظر مكانيكي و دوام چگونه عمل مي‌كند، تعدادي طرح مخلوط ملات كه حاوي درصدهاي گوناگون پوميس و مقدار ثابتي از گرافن اكسايد بودند انتخاب شدند و تحت آزمون‌هاي سنجش كارايي، مقاومت فشاري، مقاومت خمشي، تغيير طول در محلول سولفات، مهاجرت تسريع‌شده يون كلريد، جذب آب مويينه و تخلخل‌سنجي گازي قرار گرفتند. نتايج نشان مي‌دهد ملات حاوي تركيب گرافن اكسايد و پوميس مقاومت فشاري و خمشي بيشتر، مقاومت بيشتر در برابر نفوذ يونهاي سولفات و كلريد و همچنين رواني، تخلخل و نفوذپذيري كمتري نسبت به ملات كنترل دارد. ملات حاوي 0.05% درصد گرافن اكسايد و 20% پوميس مي‌تواند مقاومت فشاري و خمشي را به ترتيب 51.2% و 6% افزايش، و انبساط در محلول سولفات، ضريب مهاجرت يون كلريد، جذب آب مويينه و تخلخل را به ترتيب 51.9%، 38%، 48.4% و 79.7% كاهش دهد. با وجود بهبود خواص مكانيكي و دوام، انتظار مي‌رود ميزان بهبود با توجه به ويژگي‌هاي مثبت گرافن اكسايد بيش از اين مقادير باشد. اين به اين معناست كه پوميس اگرچه به پخش‌پذيري گرافن اكسايد كمك نموده است، اما حضور پوميس به تنهايي نمي‌تواند پخش‌پذيري را بهبود بخشد. با اين وجود، نقش پوميس در كاهش مصرف سيمان و افزايش مقاومت مكانيكي و دوام ملات سيماني –هرچند ناچيز- انكارشدني نيست؛ به خصوص كه پوميس يكي از پوزولان‌هاي طبيعي و در دسترس در جغرافياي كشور ايران است.

1400/09/12

Mechanical properties and durability of cement composites incorporating nano graphene oxide and pumice in sulfate and chloride attack conditions

11/8/2022 12:00:00 AM

Concrete, as one of the most widely used building materials, in addition to its positive properties, has significant weaknesses such as low tensile strengh and high permeability. This has led researchers to seek to eliminating or reducing weaknesses and improving the desired properties of concrete. The main component of concrete is cement, and cementitious composites derive most of their properties from cement. If the nano-structure of the cement could be changed, many of the cement composite weaknesses would be eliminated. Graphene oxide nanosheets – a nanomaterial that have two unique properties: reinforcement effect and very high specific surface area- play a useful role in improving the tensile strength of cementitious composite and modifying its nanostructure, which leads to greater durability. The most important challenge in using graphene oxide is clumping. The use of pozzolans is one way to reduce clumping. To achive this goal, pumice has been used to reduce clumping and take advantage of its positive side effects such as reducing cement consumption. In order to determine how the cementitious composite incorporating graphene oxide and pumice works, a number of mortar mix designs containing different percentages of pumice and a constant amount of graphene oxide were selected and then, their workability, compressive strength, flexural strength, length change in sulfate solution, rapid chloride migration test, capillary water absorption and porosity by gas porosimetery were measured. The results show that the mortar containing graphene oxide and pumice has higher compressive and flexural strength, more resistance to the penetration of sulfate and chlorine ions, as well as less psychological, porosity and permeability than the control mortar. The results show that the mortar containing graphene oxide and pumice has higher compressive and flexural strength, more resistance to the sulfate and chloride attack, as well as less workability, porosity and permeability than the control mortar. Mortars containing 0.05% graphene oxide and 20% pumice can increase compressive and flexural strength by 51.2% and 6%, respectively, and also can decrease expansion in sulfate solution, chloride migration coefficient, capillary water absorption and effective porosity by 51.9% and 38%, 48.4% and 79.7%, respectively. Despite the mechanical properties and durability improvement, the rate of improvement is expected to be higher due to the positive properties of graphene oxide. This means that although pumice has contributed to the dispersion of graphene oxide, the presence of pumice alone cannot improve the dispersibility. However, the role of pumice in reducing cement consumption and increasing the mechanical strength and durability of cement mortar is undeniable; especially that pumice is one of the natural and available pozzolans in the country of Iran and can be a step towards sustainable development.

گرافن اكسايد , پوميس , خواص مكانيكي , دوام , كامپوزيت سيماني , ملات

graphene oxide , pumice , mechanical properties , durability , cementitious composite , mortar