بررسي خواص مكانيكي و فيزيكي سيمان تقويت شده با نانوذرات مگنتيت و نانوكامپوزيت گرافن- مگنتيت

ﮐﺎرﺷﻨﺎﺳﯽ ارﺷﺪ

اگرچه سيمان داراي خواص عالي و عملكرد بالا است ولي شكنندگي ذاتي آن يك ضعف است. اخيرا افزودن نانوذرات به مواد پايه سيماني به علت سطح ويژه بالا و توانايي تغيير در ساختار توجه زيادي را به خود جلب كرده است. در اين تحقيق ابتدا اثر افزودن اندازه‌هاي مختلف نانوذرات مگنتيت (Fe3O4) بر ويژگي‌هاي استحكامي و فيزيكي سيمان پرتلند معمولي (OPC) مورد مطالعه قرار گرفت. خمير سيمان با نسبت آب به سيمان برابر 0.5 تهيه شد. براي بررسي تاثير اندازه ذرات مگنتيت، چهار نوع Fe3O4 با اندازه ذرات مختلف ( nm40-20، nm 100-80،nm 300-250 و mμ 2-1) با مقدار ثابتwt.% 0.2 به خمير سيمان اضافه شد. خمير سيمان مخلوط شده با مگنتيت براي استحكام فشاري، استحكام خمشي، كشش غير مستقيم، آناليز XRD و تصاوير SEM مورد بررسي قرار گرفت. نتايج استحكام مكانيكي نشان داد كه خمير سيمان سخت شده حاوي نانوذرات مگنتيت با اندازه nm 40-20 داراي مقادير استحكام فشاري، خمشي و كششي بالاتر نسبت به ساير نمونه‌ها در تمام سنين هيدراتاسيون بود. همچنين اين نمونه بهترين نتايج در آزمون‌هاي تخلخل سنجي، سرعت امواج التراسونيك، جذب آب مويينه و مقاومت الكتريكي را نشان داد. به همين علت نانوذرات nm 40-20 به عنوان افزودني بهينه انتخاب شد. در ادامه به منظور بررسي اثر مقدار نانوذرات افزودني، ذرات مگنتيت با ابعاد بهينه در مقادير مختلف 0.1، 0.15، 0.2، 0.25، 0.3، 0.35 درصد وزني سيمان اضافه شدند. مشخص شد كه نمونه حاوي نانوذرات Fe3O4 به ميزان wt.% 0.25 در تمامي خواص بهترين نتايج را بروز داد. افزودن wt.% 0.25 نانوذرات مگنتيت nm 40-20 به خمير سيمان در سن 7 روز سبب افزايش 32، 25 و 19 درصد به ترتيب در استحكام فشاري، خمشي و كششي شد. همچنين تخلخل و جذب آب ثانويه در سن 7 روز به ترتيب 19 و 11 درصد كاهش نشان دادند. در مرحله سوم پژوهش، افزودني اكسيد گرافن به نمونه بهينه حاوي مگنتيت اضافه شد تا اثر تقويت كنندگي نانوكامپوزيت هيبريدي Fe3O4-GO بر خواص سيمان ارزيابي شود. مشخص شد اضافه كردن نانوكامپوزيت اكسيد گرافن- مگنتيت به خمير سيمان با افزايش زبري سطح و بهبود پراكندگي، خواص آن را حتي در مقايسه با افزودني نانوذرات مگنتيت تقريبا در تمام سنين هيدراتاسيون به طور چشمگيري بهبود بخشيد. بهينه مقدار نانوكامپوزيت Fe3O4-GO (0.05 درصد وزني اكسيد گرافن) در سن 7 روز سبب افزايش 53، 93 و 85 درصد به ترتيب در استحكام فشاري، خمشي و كششي شد. علاوه بر اين تخلخل و جذب آب ثانويه در سن 7 روز به ميزان 31 و 44 درصد كاهش يافت. بررسي‌هاي ميكروسكوپي گواه آن بودند كه نانوكامپوزيت اكسيد گرافن- مگنتيت با ايجاد ساختاري بسيار متراكم و به هم پيوسته باعث انحراف ترك‌ها شد و زوال ترك را بهبود ‌بخشيد.

193114

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

نانومواد (نانوفناوري)

دكتر ميثم جلالي - دكتر صادق صادق زاده