شماره ركورد
33155
پديد آورنده
مهرداد رزاقيان قاديكلائي
عنوان
بررسي تاثير نانولوله هالوسيت و زيستپليمرها بر خصوصيات تازه و سختشده بتن مورد استفاده در چاپ سهبعدي
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- سازه
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1403/11/07
استاد راهنما
اصغر حبيبنژاد كورايم
استاد مشاور
ژو پن
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
امروزه توجه به راهكارهاي بهبود محيطزيست و توسعه پايدار در حوزههاي مختلف افزايش يافته است. در صنعت ساخت نيز بهرهگيري از فناوريهاي جديد (چاپ سهبعدي) و مصالح دوستدار محيطزيست (زيستپليمرها) گامي بلند در راستاي توسعه پايدار ميباشد. فناوري بتن چاپ سهبعدي به دليل مزاياي فراوان از قبيل توسعه پايدار، سرعت ساخت بالا، رفع مشكل قالببندي، تنوع هندسه و معماري و... يكي از انقلابهاي ساليان اخير در صنعت ساخت ميباشد. توسعه يك طرح مخلوط با خصوصيات تازه قابلقبول، با حفظ شكل بالا و مقاومت در ساعات اوليه مطلوب از موضوعات مهم اين حوزه است. از طرف ديگر، دستيابي به خصوصيات سختشده مناسب همزمان با خصوصيات تازه مطلوب جزو چالشهايي است كه در تحقيقات گذشته كمتر به آن پرداخته شده است. بر همين اساس، اين رساله با در نظر گرفتن 19 طرح مخلوط به بررسي جامع اثرات همزمان نانولوله هالوسيت و زيستپليمرهاي زانتانگام، آلژينات و كيتوسان بر خصوصيات تازه، سختشده و ريزساختاري بتن قابل استفاده در چاپ سهبعدي پرداخت. نتايج حاكي از كاهش حداكثر 37.41 درصدي ميزجريان و 47.26 درصدي زمان گيرش در نمونه حاوي نانوهالوسيت و زيستپليمرها بود. نانوهالوسيت اصلاحشده با زيستپليمرها، حفظ شكل و مقاومت سبز را به ترتيب تا 93.29 درصد و 4.5 برابر نسبت به نمونه كنترل بهبود دهد. حضور همزمان نانوهالوسيت و زيستپليمرها، تنش تسليم، تغليظپذيري و گرانروي نمونه كنترل را به ترتيب از 31.4 پاسكال، 5.32 كيلوپاسكال/ثانيه و 6.51 پاسكال*ثانيه تا 284.13 پاسكال، 22.07 كيلوپاسكال/ثانيه و 31.08 پاسكال*ثانيه افزايش داد. مقادير مطلوب تركيب نانوهالوسيت با زيستپليمرها، مقاومت فشاري، مقاومت خمشي، مقاومت بينلايهاي و سرعت پالس التراسونيك را به ترتيب حداكثر 47.24، 54.31، 26.01 و 15.38 درصد در مقايسه با نمونه كنترل بهبود داد. درصدهاي تركيبي مناسب هالوسيت با زيستپليمرها توانستند نرخ جذب آب، جذب آب حجمي و تخلخلسنج گازي را به ترتيب حداكثر 58.35، 36.75 و 61.57 درصد كاهش دهند. همچنين، نتايج آناليز ريزساختاري نيز تراكم بسيار بهتر نمونههاي حاوي هالوسيت اصلاحشده با مقادير مطلوب زيستپليمرها را نشان داد. در پايان نيز از طريق آناليز آماري (روش سطح پاسخ) و يادگيري ماشين (روش برنامهسازي بيان ژني)، دادههاي آزمايشگاهي ارزيابي شد و علاوه بر استخراج روابط ميان متغيرها، مدلهاي پيشبيني براي خصوصيات تازه و سختشده بتن چاپ سهبعدي نيز ارائه گرديد.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/12/18
عنوان به انگليسي
Investigation of the effect of halloysite nanotube and biopolymers on the fresh and hardened properties of concrete used in the 3D printing
تاريخ بهره برداري
1/26/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهرداد رزاقيان قاديكلائي
چكيده به لاتين
3D printing concrete technology has emerged as a revolutionary advancement in the construction industry in recent years, offering numerous advantages such as high construction speed, reduced labor requirements, compatibility with sustainable development goals, elimination of the need for molds, and the ability to create diverse geometric and architectural designs. Despite these significant benefits, this technology faces several challenges due to its nascent nature. One major challenge is developing a mix design with suitable fresh properties for 3D printing that can retain its shape under various loads after extrusion. Additionally, achieving sufficient early-age strength is critical, as this type of concrete is cured in open air without molds. On the other hand, achieving suitable hardened properties simultaneously with desirable fresh properties for 3D printed concretes is among the challenges that have been less addressed in previous research. Based on this, this thesis comprehensively investigated the simultaneous effects of halloysite nanotubes (HNT) and xanthan gum, alginate and chitosan biopolymers on fresh, hardened and microstructural properties of concrete that can be used in 3D printing by making 19 mixed designs. The results revealed a maximum reduction of 37.41% in flow table and 47.26% in setting time for samples containing halloysite nanotubes and biopolymers. When used in appropriate amounts, biopolymers and HNT improved shape stability and green strength by 93.29% and 4.5 times, respectively, compared to the control sample. The combined presence of HNT and biopolymers increased yield stress, thixotropy, and viscosity by up to 9.048, 4.15, and 4.77 times, respectively. In terms of mechanical properties, the optimal combination of HNT and biopolymers enhanced compressive strength, flexural strength, interlayer bond strength, and ultrasonic pulse velocity by 47.24%, 54.31%, 26.01%, and 15.38%, respectively, compared to the control sample. Furthermore, this combination significantly reduced sorptivity, water absorption, and gas porosity by 58.35%, 36.75%, and 61.57%, respectively. Moreover, the results of microstructural analysis showed a much denser microstructure of samples containing halloysite and appropriate percentages of biopolymers compared to the control sample. In the end, statistical analysis (analysis of variance, response surface method) and machine learning (gene expression programming method) were employed to evaluated experimental data. These analyses not only provided insights into the relationships between variables but also presented predictive formulas for the fresh and hardened properties of 3D printing concrete.
كليدواژه هاي فارسي
بتن چاپ سه بعدي , نانولوله هالوسيت , زيستپليمر , خواص تازه , خواص سختشده , آناليز آماري , يادگيري ماشين
كليدواژه هاي لاتين
3D printing concrete , Halloysite Nanotube , Biopolymer , Fresh properties , Hardened properties , Statistical Analysis , Machine Learning
Author
Mehrdad Razzaghian Ghadikolaee
SuperVisor
Asghar Habibnejad Korayem