26413

بررسي اثر افزودن نانو گرافن اكسايد و الياف كربني بر ميرايي خميره سيمان

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1397

1400/08/22

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم ، دكتر پدرام قادري

مهندسي عمران

با پيشرفت علم و تكنولوژي در صنايع مختلف و بنا به نياز روزافزون، بشر به سمت ساخت ساختمان‌هاي بلند مرتبه روي آورده است كه اين ساختمان‌ها در معرض خطرات ناشي از بارهاي ديناميكي به مانند باد، زلزله و... مي‌باشند. در سال‌هاي اخير تحقيقات زيادي براي بهبود عملكرد مكانيكي و ديناميكي كامپوزيت‌هاي سيماني انجام شده است. محققين به استفاده از افزودني‌هاي مختلفي از ابعاد ماكرو مقياس تا نانو مقياس مانند آرماتورهاي فولادي و نانو صفحات گرافن اكسايد روي آورده‌اند. يكي از مشخصات ديناميكي كامپوزيت‌هاي سيماني ميرايي آن مي‌باشد كه يكي از چالش‌هاي اين تحقيقات رابطه معكوس ميرايي با مشخصات مكانيكي مانند مقاومت فشاري و خمشي مي‌باشد. در اين تحقيق اثر توأمان نانوصفحات گرافن‌اكسايد و الياف كربن بررسي گرديد. نانو صفحات گرافن‌اكسايد به دليل شركت در فرايند هيدراتاسيون و كاهش تخلخل موجب افزايش مقاومت فشاري شده و همين امر باعث كاهش ميرايي مي‌شود، از طرفي الياف كربن به عنوان يك ميكرو ماده با مقاومت كششي بسيار بالا باعث ايجاد اصطكاك در ماتريس سيماني و استهلاك انرژي شده و باعث افزايش ميرايي مي‌شود. براي بررسي دقيق تر اين موضوع نمونه‌هاي خميره سيمان شامل نانو‌صفحات گرافن‌اكسايد و الياف كربن ساخته شد و آزمايشات مكانيكي شامل آزمون مقاومت فشاري، خمشي و همچنين آزمون ارتعاش آزاد تير‌يكسر‌گيردار براي محاسبه ميرايي انجام شد. آزمون تخلخل سنج گازي براي درك بهتر نتايج و توجيه آنها انجام شد، همچنين مشخصات كارايي خميره سيمان نيز با آزمون ميني‌اسلامپ برآورد شد. نتايج نشان داد كه الياف كربن به تنهايي باعث افزايش ميرايي خميره سيمان تا 31 درصد مي‌شود، و در مقابل گرافن اكسايد به تنهايي باعث كاهش 48 درصدي ميرايي خميره ‌سيمان مي‌شود. استفاده توأمان اين دو ماده در خميره سيمان باعث خنثي شدن اثر منفي گرافن‌اكسايد بر ميرايي مي‌شود و مشخصات مكانيكي را بهبود مي‌بخشد. گرافن‌اكسايد و الياف كربن باعث كاهش تخلخل و رواني مي‌شوند كه اين كاهش هنگام افزودن گرافن‌اكسايد و الياف كربن به ترتيب 65 و 15 درصد مي‌باشد. همچنين نتايج نشان دهنده‌ي آن بودند كه حضور تو‌أمان نانوصفحات گرافن‌اكسايد و الياف كربن در سن 28 روزه خميره سيمان، مقاومت فشاري و مقاومت خمشي را به ترتيب 18 و 87 درصد افزايش داده و همچنين باعث كاهش 2 درصدي در ميرايي شده‌است.

1401/02/01

Effect of incorporation of graphene oxide and carbon fibers on damping properties of cement paste

11/13/2022 12:00:00 AM

With the advancement of science and technology in various industries and according to the growing need, human beings have turned to the construction of high-rise buildings, which are exposed to the dangers of dynamic loads such as wind, earthquakes, etc. In recent years, Lots of researches have been done to improve the mechanical and dynamic performance of concrete, mortar as well as cement paste. Researchers have used additives ranging from macroscale to nanoscale. Graphene oxide nanosheets as well as carbon fibers are two nanoscale and macro-scale materials that have been growing in recent years. One of the dynamic characteristics of cement paste is its damping. One of the challenges of this research is the inverse relationship between damping and mechanical properties such as compressive and flexural strength. In this study, the combined effect of graphene oxide and carbon fiber nanosheets was investigated. Graphene oxide nanosheets increase the compressive strength due to their participation in the hydration process and reduce porosity, which reduces damping. On the other hand, carbon fiber as a micro-material with very high tensile strength causes friction in the cement matrix and energy dissipation. To investigate this further, samples of cement paste including graphene oxide nanofibers and carbon fibers were fabricated and mechanical tests including compressive and flexural strength tests as well as free-beam vibration test were performed to calculate damping. Gas porosity test was performed to better understand and justify the results and also the performance characteristics of cement paste were estimated by mini-slam test. The results showed that carbon fibers alone increased the attenuation of the cement paste, while graphene oxide alone decreased the attenuation of the cement paste. The combined use of these two materials in the cement paste neutralizes the effect of graphene oxide on damping and improves the mechanical properties. Graphene oxide and carbon fiber reduce porosity and fluidity, which is greater when adding graphene oxide. The results also showed that the combined presence of graphene oxide and carbon fiber nanosheets at 28 days of cement paste increased the compressive strength and flexural strength by 18% and 87%, respectively, and also reduced the damping by 2%. The findings of this study can pave the way for the simultaneous use of nano materials and micro-materials.

ميرايي، بتن، افزودني، نانوصفحات گرافن‌اكسايد، الياف‌كربن، خميره سيمان

Damping, Concrete, Additives, Graphene oxide nanosheets, Carbon fiber, Cement paste

saman sakkaki

dr. Asghar habibnejadkorayem, dr. Pedram ghaderi