بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، اثر افزودن نانولوله های کربنی چنددیواره بر ریزساختار و مقاومت فشاری نانوکامپوزیت ژئوپلیمری پایه متاکائولن - گل قرمز مورد بررسی قرار گرفته است. برای مطالعه تاثیر افزودن نانو لوله کربن بر مقاومت فشاری و ریز ساختار ژئوپلیمر پایه متاکائولن - گل قرمز، نانولوله کربن با درصدهای وزنی - 0-3 - به خمیر نانوکامپوزیت افزوده شد. نانوکامپوزیت ژئوپلیمری با در نظر گرفتن ترکیبی ثابت با نسبت های معین از متاکائولن،گل قرمز و محلول قلیایی در دمای محیط ساخته شد.
نانولوله کربن با استفاده از آلتراسونیک و فوق روانساز بر پایه پلی کربوکسیلات اتر - Carboxal HF5000 - و به میزان 0/3 درصد وزنی نانو لوله کربنی کاملا پراکنده شده و سپس به خمیر ژئوپلیمری افزوده و درون قالب تخلیه گردید . ریزساختار سیمان تهیه شده پس از 7، 14 و 28 روز اندازه گیری شد. ریزساختار با استفاده از میکروسکوب الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج حاصل از اندازه گیری استحکام فشاری نمونه های سیمانی ساخته شده، بیانگر این است که نمونه های حاوی%2 نانولوله کربن، بالاترین میانگین استحکام فشاری پس از 28 روز معادل 27.63 مگاپاسکال را دارا می باشد و توانسته است در حدود 35 درصد استحکام فشاری را نسبت به بدون نانولوله کربن افزایش دهد. با توجه به مطالعه انجام شده، قابل بیان است که، در نانوکامپوزیت ژئوپلیمری پایه متاکائولن - گل قرمز، با توجه به واکنش بین نانولوله کربن و اجزای سیمان، پس از تشکیل ترک، نانولوله ها همانند پل عمل نموده و مانع از رشد و گسترش میکروترک ها در زمینه و در نتیجه افزایش استحکام فشاری می گردد.
1. مقدمه
ژئوپلیمرها به عنوان دسته ای جدید از مواد پلیمری معرفی شده اند. این مواد آلومینوسیلیکاتی بسته به دما ریزساختاری آمورف تا نیمه بلورین و در مقیاس نانو دارند. ژئوپلیمرها معمولا در دمای محیط و حداکثر دمای 120 & توسط بسپارش گونه های مونومری آلومینیوم و سیلیس حاصل از پیش ماده های آلومینوسیلیکاتی در محلول فعال کننده قلیایی بدست می آیند. پیش ماده های آلومینوسیلیکاتی که عمدتا در تهیه این مواد مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از : خاک رس، کائولن، متاکائولن و ضایعات صنعتی نظیر خاکستر بادی یا سرباره کوره های متالورژیکی .
در سالهای اخیر محقیقن، به منظور تقویت و افزایش استحکام فشاری و کششی ژئوپلیمرها ازانواع فایبرها استفاده کرده اند که از جمله آنها می توان به فایبر های سرامیکی، کربنی، فولادی، شیشه، بازالت، PVC، PVA، پلی پروپیلن و ... اشاره کرد.در سلهای اخیر اثر نانولوله کربنی بر خواص مکانیکی ژئوپلیمرها مورد توجه قرار گرفته است.
Khater و همکارانش اثر نانولوله کربنی را بر ژئوپلیمرهای بر پایه سرباره بررسی کردند. Lin Tie-song و همکاران [6] ، اثرات نانولوله های کربنی با نسبت هندسی کم را در کنار آلومینا برروی خواص مکانیکی- حرارتی ژئوپلیمر بررسی کردند. نتایج حاصل از اندازه گیری استحکام فشاری نمونه های سیمانی ساخته شده توسط خانم مهندس قاسمی و همکارانش، بیانگر این است که نمونه های حاوی % 0/3 نانولوله کربن، بالاترین میانگین استحکام فشاری پس از 28 روز معادل 68/75 مگاپاسکال را دارا می باشد .[7] در این پروژه سعی بر این است که علاوه بر استفاده از گل قرمز و کاهش مشکلات زیست محیطی آن، اثر نانو لوله کربن در کنار آن، در ساختار و خواص ژئوپلیمر پایه متاکائولن- گل قرمز بررسی گردد.
2. روش تحقیق
در این پژوهش از کائولن ZMK2 از شرکت کارخانه خاک چینی برای تهبه کائولن کلسینه شده استفاده شد . آنالیز اکسیدی آن بر طبق داده های کارخانه خاک چینی در جدول 1 آورده شده است. در این پژوهش کائولن ZMK2 در دمای 700 C و در مدت 10 ساعت کلسینه شد. آنالیز شیمیایی و الگوی پراش اشعه ایکس آن در جدول 2 و شکل 1 آورده شده است. همچنین در این پژوهش از گل قرمز کارخانه تولید آلومینای جاجرم ایران استفاده شده است. آنالیز شیمیایی و الگوی پراش اشعه ایکس آن در جدول 3 و شکل 2 آورده شده است.
جدول : 1 آنالیز شیمیایی کائولن ZMK2
جدول : 2 آنالیز شیمیایی کائولن کلسینه شده ZMK2
شکل : 1 الگوی پراش اشعه ایکس کائولن کلسینه شده ZMK2
برای ساخت محلول قلیایی از سود گرانوله محصول شرکت امرتات ایران با خلوص %98 استفاده و از آن محلول 8 مولار تهیه گردید. محلول سیلیکات سدیم محصول کارخانه لیا سیلیس نیز برای این منظور، با نسبت SiO2 به Na2O برابر با 3/0 و H2O = %61 مورد استفاده قرار گرفت. سپس سیلیکات سدیم به هیدروکسید سدیم به ترتیب با نسبت دو به یک اضافه گردید. نانو لوله مورد استفاده در این پژوهش محصول پژوهشگاه صنعت نفت است که در جدول 4 مشخصات آن آورده شده است.
به منظور توزیع یکنواخت نانو لوله های کربنی در زمینه ژئوپلیمری از فوق روان کننده پایه پلی کربوکسیلات اتر، Carboxal HF5000، محصول کارخانه البرز شیمی استفاده شد. مشخصات آن در جدول 5 قابل مشاهده است. برای ساخت نمونه ها ابتدا مخلوط کائولن کلسینه شده و محلول قلیایی، آماده، و توسط همزن به مدت 15 دقیقه هم زده شد. سپس نانو لوله کربن با 0/3 درصد نانو لوله کربن در حمام التراسونیک مخلوط، و پس از آن به خمیر ژئوپلیمری که از قبل آماده شده اضافه شد و به مدت 3 دقیقه همزده شد. سپس خمیر حاصل به سرعت و پیش از سفت شدن درون قالب ریخته شد. نمونه ها با جایگزینی 10 و 30 درصد مقدار کائولن کلسینه شده، توسط گل قرمز و حاوی نانو لوله کربنی با مقادیر 1 ، 2 و 3 درصد ماده جامد، ساخته شدند.
جدول:3 آنالیز شیمیایی گل قرمز جاجرم
شکل : 2 الگوی پراش اشعه ایکس گل قرمز مصرفی
جدول : 4 مشخصات نانو لوله کربن - تولید پژوهشگاه صنعت نفت -
