مطالعه و بررسی تأثیر نانوذرات سیلیکات پلیمری بر مقاومت و دوام بتن

Abstract

دستیابی به خواص ایدئال بتن و تحقق‌‌بخشیدن به ارتقاء پارامترهای فیزیکی و مکانیکی آن، سبب شده است تا امروزه پوزولان‌ها جایگاه ثابتی در میان اجزاء تشکیل‌دهنده‌ی بتن پیدا کنند. یکی از مواد پوزولانی بسیار جدید که به مدد پیشرفت‌های اخیر در عرصه‌ی فناوری نانو حاصل شده است، نانوسیلیس می‌باشد. ترک‌های بتن اجراشده به دلایل مختلفی ایجاد می‌شود. تغییرات حجمی بتن و به‌ویژه خمیر سیمان و عوامل محیطی و اجرایی و دوره‌های ذوب و یخ، از عوامل اصلی ایجاد ترک در بتن است. بدین ترتیب همواره ترک در بتن از عوامل کنترل‌ناپذیر بوده است و از لحاظ مقاومت و دوام در بتن تأثیرگذار می‌باشد. محققین همواره به دنبال راه‌حلی برای رفع این مشکل بوده‌اند. نانوسیلیس به علت داشتن سطح ویژه‌ی بسیار زیاد، چسبندگی بسیار قوی با سیمان هیدراته تشکیل می‌دهد و از رشد بیشتر بلورهای هیدروکسید کلسیم جلوگیری می‌کند و ترک‌های ریز و منافذ مویین را پر کرده، درنهایت سبب متراکم ساختن سیمان، افزایش مقاومت و دوام و افزایش عمر مفید بتن می‌شود. یکی از مشکلات نانوسیلیس‌ها، عملکرد نامناسب در هنگام وقوع ترک در بتن است. از سوی دیگر، شیوه‌های بهره‌گیری از نانوکپسول‌ها برای ترمیم هدفمند در علوم جدید در حال پیشرفت است. ازاین‌رو در این پژوهش ابتدا به روند سنتز نانوماده‌ای چندمنظوره (نانوکپسول‌های پلیمری با روکش سیلیکاتی) پرداخته شد. برای بررسی تأثیرات نانوکپسول ساخته‌شده بر خواص بتن و بررسی خود‌ترمیمی هوشمندانه در هنگام وقوع ترک، طرح‌هایی با جایگزین‌کردن 10‌درصد نانوکپسول با مواد سیمانی و همچنین بدون آن ساخته شده است. در این راستا ابتدا نمونه‌ها در 150 دوره‌ی ذوب و یخ قرار داده شد؛ سپس پارامترهای دوامی و مقاومتی با آزمایش‌های سرعت پالس فراصوت و مقاومت فشاری مورد ارزیابی قرار گرفت. برای ارزیابی ریزساختاری عملکرد نانوکپسول‌ها، تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) از نانوکپسول‌ها و نمونه‌ی بتنی تهیه شده است. از مهم‌ترین نتایج پژوهش حاضر، افزایش 70درصدی مقاومت فشاری در آزمونه‌های غنی‌شده با نانوکپسول می‌باشد. بر‌اساس نتایج پژوهش حاضر، دوره‌های ذوب و یخ، میزان مقاومت فشاری آزمونه‌ی مرجع را بیش از 20درصد کاهش می‌دهد؛ درحالی‌که در آزمونه‌های غنی‌شده با نانوکپسول، عملکرد هسته‌ی نانوکپسول تولیدی مقادیر افت مقاومتی را به حدود 5/2درصد تا 5درصد کاهش می‌دهد.