بخشی از مقاله
١. مقدمه
با گسترش روزافزون جمعيت و افزايش ميزان ساخت و ساز و همچنين به دليل محدود بودن منابع و مصالح مصرفي و بهبود کيفيت بتن ، تقاضا براي استفاده از مصالح جديد در صنعت ساختمان افزايش پيدا کرده است . تلاش در جهت پيدا کردن راه حل هايي براي اصلاح کيفيت ، افزايش کارايي مصالح و کاهش مصرف ماده خام و انرژي، موجب استفاده از فن آوريهاي نوين در اين صنعت شده است . يکي از بزرگترين فن آوريهاي نوين در قرن حاضر نانوتکنولوژي است که استفاده از آن در راستاي برطرف کردن نيازهاي صنعت ساختمان ، ميتواند راهگشا باشد. از مزاياي استفاده از اين فن آوري ميتوان به افزايش کيفيت مصالح ، صرفه جويي در مصرف انرژي و درنتيجه به صرفه جويي اقتصادي اشاره کرد[١]. يکي از کاربردهاي نانو مواد در صنعت ساختمان استفاده از نانوذرات در بتن ميباشد که در ادامه به تحقيقاتي در اين زمينه اشاره خواهد شد. خدادادي و همکارانش در سال ١٣٨٦ اثر نانو رس بر عملکرد دراز مدت روسازي هاي آسفالتي را بررسي کردند که اين تحقيق نشان مي دهد که استفاده از نانو مواد نظير نانو رس در افزايش کارايي دراز مدت آسفالت ميتواند تأثير فوق العاده اي ايفا کند[٢]. نظري و همکاران [٣] در سال ٢٠١٠ به بررسي تاثير نانوذرات ZrO2 بر خواص فيزيکي و مکانيکي بتن خودتراکم با مقاومت بالا پرداخته و به نتايج زير رسيدند: ١- وقتي ميزان ZrO2 بيشتر از ٤% وزني سيمان باشد، مقاومت فشاري، مقاومت کششي دو نيم شدن و مقاومت خمشي نمونه هاي بتن خودتراکم افزايش مييابد. ٢- نانوذرات ZrO2 ميتوانند نقش نانوفيلرها را ايفا کنند و نفوذپذيري بتن را در سنين ٧ و ٢٨ روزه کاهش دهند.
نظري و همکاران [٤] در سال ٢٠١٠ تاثير نانوذرات Fe2O3 را در بتن بررسي کردند. نانوذرات Fe2O3 با ميانگين قطر ١٥ نانومتر با درصدهاي ٠.٥، ١، ١.٥ و ٢ درصد وزني سيمان استفاده شد. نتايج نشان داد که استفاده از نانوذرات Fe2O3 باعث افزايش قابل توجه مقاومت فشاري بتن نسبت به نمونه شاهد ميشود. ميزان بهينه استفاده از Fe2O3، ١% بود. همچنين استفاده از نانوذرات Fe2O3 باعث کاهش کارايي بتن تازه ميشود. نظري و همکاران [٥] در سال ٢٠١١ به بررسي تاثير نانوذرات CuO بر خواص مکانيکي، فيزيکي، گرمايي و ميکروساختار مخلوط هاي سيماني خودتراکم پرداختند. نتايج نشان داد که نانوذرات CuO توانايي بهبود مقاومت کششي دو نيم شدن بتن خودتراکم را دارد. نانوذرات CuO با جايگزيني بيش از ٤% وزني سيمان ميتواند تشکيل ژل C-S-H را تسريع کنند و در نتيجه ميزان کريستال هاي Ca(OH)2 در سنين اوليه هيدراتاسيون افزايش مييابد. افزايش نانوذرات CuO به بيش از ٤% جايگزيني سبب کاهش مقاومت کششي دو نيم شدن ميشود، زيرا در اين حالت ذرات به صورت مناسب پخش نميشوند. چهکندي و همکاران [٦] در سال ١٣٩٠ دوام بتن خودتراکم حاوي نانوسيليس در مجاورت آب دريا و اثرات جزر و مدي را بررسي کردند. به اين منظور نمونه هاي بتن خودتراکم با درصدهاي مختلف نانوسيليس (١٠ و ٧ ،٥ ،٢ ،٠) ساخته شد و در شرايط استاندارد و همچنين شبيه سازي شده درياي چابهار (تر و خشک و مستغرق ) عمل آوري شدند. بر روي نمونه ها، آزمايش مقاومت فشاري، آزمايش نفوذپذيري تحت فشار آب و همچنين جذب آب در سنين مختلف انجام شد که نتايج به اينصورت حاصل شد که : ١- افزايش درصد نانوسيليس باعث افزايش مقاومت فشاري بتن ميگردد که اين افزايش در تمامي سنين مشاهده ميشود. اما روند رشد مقاومت با افزايش درصد نانوسيليس بسيار کند است به طوري که نمونه هاي ساخته شده با ١٠% نانوسيليس تفاوت چنداني با ٧% نانوسيليس ندارد. ٢- با افزايش درصد نانوسيليس عمق نفوذ آب در بتن کاهش مييابد. ٣- درصد جذب آب در محيط مستغرق نسبت به دو محيط ديگر کمتر است . ٤- نتايج آزمايش ها نشان ميدهد که محيط جزر و مدي نسبت به محيط مستغرق و شاهد مخرب تر ميباشد. مرسي ١ و همکارانش [٧] تأثير نانو ذرات رس با جايگزيني ٠، ٢، ٤، ٦ و ٨ درصد وزني سيمان را بر روي خصوصيات مکانيکي و ريز ساختارهاي ملاتهاي سيمان پرتلند معمولي بررسي کردند. نتايج نشان داد که مقاومت فشاري و کششي خميرهاي سيمان با نانو متاکائولين بيشتر از ملات سيمان با نسبت آب به سيمان مشابه مي باشد چون نانو متاکائولين به مواد افزودني معدني تعلق دارد، ميتواند خصوصيات مکانيکي و ساختار مخلوط سيمان را بهبود ببخشد. بهبود خصوصيات فيزيکي و شيميايي با اضافه کردن نانو متاکائولين به اين صورت است که ذرات خيلي ريز اين ماده حفرات موجود در سيمان را پر مي کند و باعث متراکم شدن ريز ساختارهاي خمير سيمان مي شود.
در اين تحقيق به بررسي تاثير نانومونت موريلونيت بر مشخصات فيزيکي و مکانيکي بتن معمولي پرداخته شده است .
٢. مصالح مصرفي
با توجه به مصالح موجود در کارخانجات اطراف شهر ياسوج ، از شن نخودي با حداکثر اندازه ١٢ ميليمتر و ماسه شسته استفاده شد. از سيمان ياسوج تيپ يک (١) با وزن مخصوص ٣١٠٠ کيلوگرم بر متر مکعب به عنوان ماده چسبنده و از نانو رس مونت موريلونيت به عنوان افزودني استفاده شد. همچنين از فوق روان کننده با نام تجاري Pema جهت جلوگيري از کلوخه شدن نانورس استفاده شد. اين فوق روان کننده بر پايه پلي کربکسيلات بوده و به صورت مايع با وزن مخصوص حدود ١.١٥ گرم بر سانتيمتر مکعب و داراي رنگ قهوه اي روشن بود. درصد ذرات جامد معلق در آن حدود ٣٢ تا ٣٤ درصد و درجه اسيدي (pH) آن نيز بين ٦ تا ٨ ميباشد. در ساخت بتن از درشت دانه با حداکثر اندازه اسمي ١١ ميليمتر و ماسه شسته مصرفي کارخانه ياسوران ياسوج استفاده شد که نمودار دانه بندي آنها به همراه حدود استاندارد ايران (نشريه ٣٠٢)[٨] در شکل هاي ١ و ٢ نشان داده شده است . با توجه به نمودارهاي شکل ١ و ٢، مشاهده ميشود که نمودارهاي دانه بندي شن و ماسه مصرفي در تحقيق حاضر، در محدوده ي استاندارد دانه بندي قرار نميگيرند. اين امر ارائه طرح اختلاط بتن با خصوصيات در نظر گرفته شده را بر مبناي طرح اختلاط استاندارد کمي با مشکل مواجه مينمايد، اما چون اين مصالح در شهر ياسوج توليد و مصرف ميشود، در تحقيق حاضر از اين مصالح استفاده شده است . ساير مشخصات سنگدانه ها از جمله وزن مخصوص و درصد جذب آب نيز در جدول ١ ارائه شده است .
٣. طرح هاي اختلاط ، نحوه ساخت و آزمايش هاي مورد نظر
٣-١ طرح اختلاط ها
در اين تحقيق با بکارگيري چهار طرح اختلاط که شامل درصدهاي مختلف نانورس ميباشد، نمونه هاي مکعبي به ابعاد ١٠ سانتيمتر براي تعيين مقاومت فشاري و درصد جذب آب ساخته شدند. طرح اختلاط هاي مورد نظر در اين تحقيق عبارت اند از:
در روابط مذکور: C بيانگر سيمان و N.C بيانگر نانورس ميباشند. در جدول ٢ جزئيات بيشتر طرح اختلاط هاي تحت بررسي در اين تحقيق ارائه شده است . همچنين جهت جلوگيري از کلوخه شدن نانورس در آب ، به ميزان ٢ درصد وزني نانورس ، فوق روان کننده استفاده شد. طرح اختلاط بتن مرجع بر اساس روش طرح اختلاط ACI و با فرض مقاومت مشخصه ي ٢٨ مگاپاسکال ارائه شد، که در نتيجه ي آن نسبت آب به سيمان ٠.٤٣ بدست آمد. لازم به ذکر است با توجه به اينکه دانه بندي شن و ماسه استاندارد نميباشد، لذا براي استفاده از روش استاندارد جهت محاسبه ي طرح اختلاط ، از نزديکترين اعداد موجود در استاندارد، با توجه به دانه بندي مصالح مصرفي استفاده شد. همچنين پس از ساخت بتن در آزمايشگاه ، مشاهده شد که بتن دچار جداشدگي نميگردد.
