بخشی از مقاله
بررسی تاثیرات افزودن نانو آلومینا بر خواص مکانیکی بتن
خلاصه
براي بررسی تاثیرات نانو آلومینا (Al2O3) بر خواص مکانیکی بتن نمونههاي استوانهاي شکل (Ф150×300) با میزان متفاوتی از نانو آلومینا و براي آزمایش در سنین متفاوت ساخته و مورد آزمایش قرار گرفت.
بر روي نمونههاي ساخته شده آزمایشات مقاومت فشاري و مدول الاستیسیته انجام گرفت. که بیشترین مقدار افزایش مقاومت فشاري مربوط به جایگزینی %1 نانو آلومینا با سیمان و به میزان %8 و براي مدول الاستیسیته افزایش %90/72 در جایگزینی %7 سیمان با نانو آلومینا مشاهده گردید. براي مطالعات ریز ساختاري و بررسی عوامل ایجاد این تغییرات از میکروسکپ الکترونی (SEM) و نیز آنالیز XRD استفاده شد.
کلمات کلیدي: نانو آلومینا، مقاومت فشاري، مدول الاستیسیته.
.1 مقدمه
بتن ماده مرکبی است که از ترکیب شده اجزایی مانند سیمان، سنگدانه و آب به وجود میآید گاهی اوقات براي ایجاد خواص ویژه و دلخواهی در بتن از مواد افزودنی استفاده میشود. با توجه به توسعه فناوري نانو و استفاده از نانو مواد در تکنولوژي بتن و با توجه به خصوصیاتی که این مواد می توانند در بتن ایجاد کنند استفاده از آنها در این رشته افزایش یافته استبراي. استفاده از نانو ذرات در بتن و بررسی تاثیرات آنها بر خواص بتن ترجیحاً از ترکیبات خود سیمان که در اندازه نانو تهیه شدهاند استفاده میشود. که به طور مثال میتوان به نانو سیلیس اشاره کرد، که پژوهشهاي خوبی براثرات استفاده از این نانو ذرات بر بتن صورت گرفته است.[1,2,3] یکی دیگر از این مواد Al2O3 میباشد.[4] که در این تحقیق سعی شده است تا اثرات جایگزینی مقداري از سیمان بتن با نانو ذرات Al2O3 مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد.
.2بررسی نمونه ها
.1.2 خصوصیات مصالح مصرفی .1.1.2 سیمان
سیمان پرتلند تیپ II کارخانه سیمان صوفیان مطابق با استاندارد [5] ASTMC150-4 با نرمی بلین 2860cm2/sو مقاومت فشاري متوسط 370 kg/cm2 در طرح اختلاطها مورد استفاده قرار گرفت چگالی در نظر گرفته شده براي سیمان 3/15 میباشد.
.2.1.2 سنگدانه ها
براي درشت دانه از مصالح شکسته شده با ماکزیمم بعد 12/5 میلیمتر با وزن مخصوص 2/68 گرم بر سانتیمتر مربع استفاده شد. براي ریز دانه از مصالح رودخانه اي با مدول نرمی 3 و وزن مخصوص 2/67 گرم بر سانتیمتر مربع مورد استفاده قرار گرفت. براي مقایسه دقیقتر بین نمونه ها و نیز براي اینکه سنگدانه ها اعم از درشت دانه و ریزدانه ضمن قرارگیري در محدوده استاندارد [6] ASTM C33-03داراي بیشترین دانسیته بوده تا بتن تولیدي با این مصالح در حدامکان توپر باشد و اثرات استفاده از نانو ذرات بخوبی نمایان شود و نیز مدول نرمی ماسه در کلیه نمونه گیري ها ثابت باشد و بتوان تا حد امکان کلیه عوامل متغیر در تولید بتن را از بین برد قبل از شروع آزمایشات کلیه مصالح سنگی به صورت دانه مجزا تفکیک شده و در طرح اختلاط ها به میزان مشخص از دانه هایی با اندازه معلوم استفاده شد. لازم به ذکر است که سنگدانه ها قبل از تولید نمونه ها شسته شده و 24 ساعت قبل از شروع نمونه گیري در گرمخانه با دماي 105 درجه سانتیگرادکاملاً خشک می شدند. و بعد از رسیدن به دماي محیط مورد استفاده قرار گرفتند.
.3.1.2 آب
در طرح اختلاط ها آب لوله کشی دانشگاه تبریز مورد استفاده قرار گرفت.
.4.1.2 نانو آلومین
در این تحقیقات نانوآلومینا پودري، محصول شرکت نانوساو ایران، مورد استفاده قرار گرفت. مشخصات نانوذرات به صورت زیر میباشد.
- درصد خلوص بالاي %99
- سایز متوسط ذرات 100 -60 nm
- ساختار کروي کریستالی بودند.
- رنگ ظاهري: سفید
.2.2 طرح اختلاط
با توجه به عدم محلول شدن نانو آلومینا در آب این ذرات همراه سنگدانه ها و سیمان قبل از اضافه کردن آب در داخل میکسرکاملاً با یکدیگر مخلوط می شدند. نمونه هاي ساخته شده در این پژوهش AL7,AL5,AL3,AL1,AL0 بوده که در آنها به ترتیب %0، %1، %3، %5و %7 نانو آلومینا به نسبت وزنی جایگزین سیمان شده است. جزئیات دقیق نمونه ها در جدول شماره2 آورده شده است. نمونهگیري براي قالبهاي استوانهاي (Ф150×300) و در سه لایه انجام گرفت که هر لایه به مدت 15 ثانیه بر روي میز لرزاننده با فرکانس ثابت متراکم و ویبره شدند. تمامی نمونهها پس از 24 ساعت نگهداري در اتاق رطوبت با میزان رطوبت 90-100 درصد و دماي 22- 23 درجه سانتیگراد از قالب خارج و در حوضچه عملآوري آب با دماي 23c نگهداري شدند.
.3 آزمایشات انجام شده بر روي نمونه ها
.1.3 آزمایش مقاومت فشاري
به منظور تعیین میانگین مقاومت فشاري بتن و بررسی آن در طول زمان، نمونهها پس از 7 و 28 روز مورد آزمایش قرار گرفتند. براي شکستن نمونههاي بتنی از جک بتن شکن ELE ADR2000 استفاده شده است. نتایج مربوط به مقاومت فشاري نمونه ها در جدول 3 ارائه شده است.
.2.3 آزمایش مدول الاستیسیته
براي انجام آزمایش فوق بر روي نمونهها و براي اجتناب از خطاهاي احتمالی مانند تمرکز نیرو به علت ناصافی سطوح انتهایی نمونهها قسمتهاي انتهایی آنها با استفاده از ماده غیر قابل ارتجا به طور کامل پوشانیده شد. همچنین براي تعیین میزان کرنش محوري در نمونههاي تحت بار از دو عدد کرنش سنج 250 میلیمتري در دو طرف نمونه استفاده شد.(شکل شماره(1
