27567

بررسي اثر خاكستربادي بر پخش پذيري نانوگرافن اكسايد در محيط قليايي سيماني و اثر استفاده مشترك آن ها بر خصوصيات مكانيكي خمير سيماني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران گرايش سازه

1399

1401/06/30

اصغر حبيب نژاد كورايم - سيدسجاد ميرولد

مهندسي عمران

در دو دهه اخير استفاده از گرافن‌اكسايد در كامپوزيت‌هاي سيماني، توجه زيادي را به خود جلب كرده و تحقيقات فراواني بر روي اثرات تقويت‌كنندگي گرافن‌اكسايد در كامپوزيت‌هاي سيماني انجام شده‌است. اما صرف‌نظر از اثرات مطلوب گرافن‌اكسايد، موردي كه استفاده از آن را به يك چالش جدي تبديل كرده، پخش‌شوندگي يكنواخت و پايدار اين نانوصفحات در كامپوزيت‌هاي سيماني بوده‌است. تا به امروز تلاش‌هاي زيادي به منظور بهبود پخش‌پذيري گرافن‌اكسايد انجام شده‌است كه يا موثر و كافي نيستند، يا ممكن است سبب ايجاد اثرات جانبي مضر بر روي ساختار گرافن‌اكسايد شوند و يا با محصولات هيدراسيون سيمان سازگاري خوبي ندارند؛ با اين حال يك روشي كه پيشنهادشده، استفاده از پلي‌كربوكسيلات‌اتر به همراه مواد پوزولاني بوده‌است كه در اين تحقيق، اثر پوزولان خاكستربادي بر پخش‌پذيري و پايداري نانوصفحات گرافن‌اكسايد در آب و محيط قليايي سيماني به منظور يافتن نسبت بهينه ميان آن‌ها مطالعه شد. در اين بررسي، فرضياتي براي مكانيزم‌هاي عملكرد خاكستر‌بادي در محيط قليايي سيماني از جمله مكانيزم ممانعت فضايي و فعاليت پوزولاني در نظر گرفته شده‌بود. در مكانيزم ممانعت فضايي فرض بر اين بود كه ذرات خاكستربادي بتوانند به صورت فيزيكي سبب جداشدن صفحات نانوگرافن‌اكسايد و كاهش كلوخه‌شدگي آن‌ها در ماتريس سيماني شوند. فرضيه ديگر بر اين مبنا بود كه ذرات خاكستربادي بتوانند از طريق فعاليت پوزولاني خود با كلسيم هيدروكسيد واكنش داده و ژل كلسيم سيليكات هيدراته ثانويه توليد كنند و از اين طريق منجر به كاهش غلظت يون كلسيم در اطراف نانوصفحات گرافن‌اكسايد و در نتيجه كاهش احتمال اندركنش ميان نانوصفحات گرافن‌اكسايد با يون‌هاي چند‌ظرفيتي كلسيم و متعاقبا كاهش كلوخه‌شدگي گرافن‌اكسايد شوند. در اين تحقيق ابتدا اثر خاكستر‌بادي بر پخش‌شدگي گرافن‌اكسايد بررسي شد و سپس به بررسي خواص مكانيكي نمونه حاوي هر دو ماده پرداخته‌شد. نتايج آزمايش‌هاي تعيين قلياييت، طيف‌سنجي فرابنفش- مرئي، بررسي چشمي، پتانسيل زتا و تصويربرداري با ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان از افزايش كلوخه‌شدگي گرافن‌اكسايد با افزايش مقدار خاكستر‌بادي در هر دو محيط آبي و قليايي سيماني داشت اما با افزودن پلي‌كربوكسيلات‌اتر به نمونه‌ها، پخش‌شدگي نمونه‌ها به شدت افزايش يافت كه در حضور خاكستر‌بادي نيز پايدارتر شد. هم‌چنين نتايج آزمون‌هاي مكانيكي بر روي نمونه‌هاي خمير سيماني حاوي تركيب خاكستر‌بادي-گرافن‌اكسايد، نشان از بهبود مقاومت فشاري، مقاومت خمشي، مدول الاستيسيته خمشي و چقرمگي خمشي به ترتيب حدودا 27، 13، 58 و 25 درصد نسبت به نمونه مرجع در سن 28 روز عمل‌آوري داشت.

1401/09/30

Investigation of the effect of fly ash on nano graphene oxide dispersion in alkaline cementitious environment and their synergic influence on properties of cement paste

9/21/2023 12:00:00 AM

In the last two decades, the appearance of graphene oxide has attracted a lot of attention and many researches have been conducted on the reinforcing effects of graphene oxide in cement composites. But regardless of the favorable effects of graphene oxide, the thing that has turned its use into a serious challenge is the uniform and stable dispersion of these nanosheets in cement composites. Until today, many efforts have been made to improve the dispersion of graphene oxide, which are either not adequate and sufficient, or may cause harmful side effects on the structure of graphene oxide, or are not compatible with cement hydration products; However, one method that has been suggested is the use of polycarboxylate ether along with pozzolanic materials. In this research, the effect of fly ash pozzolan on the dispersion and stability of graphene oxide nanosheets in water and alkaline cement medium was studied in order to find the optimal ratio between them. In this study, hypotheses for the performance mechanisms of fly ash in an alkaline cement environment, including the spatial obstruction mechanism and pozzolanic activity, were considered. In the spatial obstruction mechanism, it was assumed that fly ash particles can physically separate the nanographene oxide sheets and reduce their agglomeration in the cement matrix. Another hypothesis was based on the fact that fly ash particles can react with calcium hydroxide through their pozzolanic activity and produce a secondary hydrated calcium silicate gel, thus leading to a decrease in the concentration of calcium ions around the graphene oxide nanosheets and thus reducing the possibility of interaction between the nanosheets with polyvalent calcium ions and subsequent reduction of graphene oxide agglomeration. In this research, the effect of fly ash on the dispersion of graphene oxide was investigated first. then the mechanical properties of the cement paste containing both materials were examined. The results of pH measurement, ultraviolet-visible spectroscopy, visual examination, zeta potential, and scanning electron microscope imaging showed an increase in graphene oxide agglomeration with an increasing amount of fly ash in both aqueous and alkaline cement environments, but with the addition of polycarboxylate ether to the samples, dispersion of GO increased significantly, which became more stable in the presence of fly ash. Also, the results of mechanical tests on cement paste samples containing fly ash-graphene oxide show an improvement in compressive strength, bending strength, bending modulus of elasticity, and bending toughness by 27, 13, 58, and 25%, respectively, compared to the control sample at the age of 28 days. It was effective.

گرافن‌اكسايد , خاكستربادي , خمير سيماني , پخش‌شدگي , خصوصيات مكانيكي

graphene oxide , fly ash , cement paste , Dispersion , Mechanical properties

mahdi yazdani

asghar habibnejad korayem, seyed sajjad mirvalad