بخشی از مقاله
چکیده
بتن به عنوان یکی از مصالح پرکاربرد در صنعت ساختمان به دلیل ویژگیهای مفید آن مانند قابلیت شکلپذیری، مقاومت بالا،دوام و ... مورد توجه فراوان است. امروزه از فن آوریهای مختلف به منظور ایجاد آسایش بیشتر و صرفه جویی در هزینهها به خصوص در مصرف منابع انرژی بهرههای فراوانی برده شده است. در قرن حاضر تکنولوژی نانو با سرعت خیرهکنندهای در حال توسعه است.
در صنعت ساختمان تکنولوژی نانو به صورت علمی تعریف میشود که ویژگیهای مصالح را در مقیاس نانو کنترل میکنند. در این مقاله تاثیر این فناوری در ویژگیهای رفتاری و مکانیکی بتن مورد بررسی قرار میگیرد و تاثیر مصالح نانو - به ویژه اثر نانوسیلیکا - در بهبود ویژگیهایی مانند دوام و مقاومت فشاری و اثرات زیست محیطی آن در بتن و بتنهای خاص، مانند بتن فوق توانمند بیان میشود. روش تحقیق بر مبنای مطالعات کتابخانهای و جستجوی اینترنتی است.
-1 مقدمه
بتن به عنوان یک ماده ساختمانی مهم و با تحمل فشارهای بالا جهت ساخت و ساز انواع سازهها مورد استفاده واقع میشود. ضعف این ماده پرمصرف ساختمانی در مقابل کشش با قراردادن آرماتور تا حد زیادی جبران شده است. در سالهای اخیر با بررسی دوام سازههای بتنی مسلح، بویژه در مناطق خورنده و سخت، موجب شده است که دوام نیز در کنار مقاومت فشاری، یکی از پارامترهای اساسی طراحی در نظر گرفته میشود. با اضافه نمودن مواد مختلف در بتن و تغییرات در طرح اختلاط میتوان به بتنهایی با مقاومت بالا دست یافت. و با توسعه افزودنیهای روان کننده جدید و مصالح پوزلانیک ریز، تولید بتن توانمند و فوق توانمند - - UHPC امکان پذیر شده است.
برای تولید بتن فوق توانمند، مصالح پوزولانی مانند دوده سیلیس، سرباره کوره آهنگدازی و خاکستر بادی به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند
نانو تکنولوژی یک اثر بالقوه در هر حوزه از علم و تکنولوژی دارا میباشد.[3] در بخش ساخت نانو تکنولوژی به صورت علمی تعریف میشود که ویژگیهای مصالح را در مقیاس نانو، کنترل میکند و تغییرات اساسی را در ویژگیهای حجمی مصالح ایجاد می کند.
استفاده از نانو تکنولوژی درسیمان و بتن در سالهای اخیر به منظور بهدست آوردن بتن با عملکرد بالاتر رو به افزایش است. استفاده از نانو ذرات منجر به ایجاد ویژگیهای تازهای در بتن میشود. و سبب بهبود ویژگی های مکانیکی و دوام بتن میگردد. تعداد زیادی از تحقیقات در سالهای اخیر به منظور بدست آوردن اثر نانو ذرات بر روی خصوصیات بتن انجام گرفته است.[11-8] رایج ترین ذرات نانو مورد استفاده در بتن و نانو لوله های کربنی و غیره میباشد
در میان آن ها'QDQR6L22 به طور گستردهای مورد استفاده واقع میشود. هدف از به کار بردن مواد افزودنی خیلی ریز مانند نانوسیلیکا در سیستمهای سیمانی بهبود ویژگی های مصالح خمیری سختشده می باشد. ذرات سیلیکا با مقیاس نانو دارای اثر پرکنندگی بوده و حفرات موئینه بین ذرات را پر میکنند و با ترکیب مناسب از ذرات سبب ایجاد چگالی بالاتر، بهبود مقاومت و کاهش تخلخل میشود. استفاده از نانو تکنولوژی به عنوان یک ابزار تحقیقاتی در دو دسته زیر طبقهبندی و مورد مطالعه قرار میگیرد:
-1 فهمیدن و درک علم هیدراتاسیون سیمان و تولید محصولات در سطح نانو و بررسی ویژگیهای آنها
-2 بهبود عملکرد بتن با سازگاری خصوصیات بتن با استفاده از مصالح نانو،
در این مقاله به بررسی و مطالعه اثر اضافه کردن نانو سیلیکا بر روی ویژگی های رفتاری و مکانیکی بتن می پردازیم.
-1 بررسی اثر اضافه کردن نانو سیلیکا بر روی هیدراتاسیون بتن
در فرآیند هیدراسیون سیمان در حالتی که نانوسیلیکا وجود داشته باشد دو مکانیسم واکنشی ایجاد میشود. وقتی که نانوسیلیکا به ذراتسیمانی اضافه میشود-+26L242 شکل میگیرد و با&D 2+ واکنش میدهد. وژل - - C-S-H - کلسیم-سیلیکا-هیدراته - را تشکیل می دهد و ذرات C-S-H در آب موجود بین ذرات گسترش مییابند و به عنوان دانههایی برای تشکیلC-S-Hمتراکم تر عمل می کنند.همچنین شکل گیری ذراتC-S-H تنها محدود به سطح ذرات و &36 خالص نمیشود و در فضای حفرات نیز تشکیل شده و شکل گیری ذرات و دانههای بیشتر سبب شتاب بخشیدن به فرآیند هیدراسیون سیمان در سنین اولیه میشود.
-2-1 واکنش هسته ای
واکنش ذرات نانوسیلکا با که در طول فرآیند هیدراسیون سیمان شکل میگیردC-S-H اضافه را تولید میکند که
اصلی ترین جزء برای مقاومت و چگالی درسیستم های سیمانی سخت شده میباشد. از طرف دیگر که به سختی در فرآیند پیشرفت و بهبود مقاومت شرکت میکنند مصرف میشود.
-3-1 واکنش پوزولانی
نتایج آزمایشات نشان میدهد که اضافه کردن نانو سیلیکا به بتن سبب میشود که ارتفاع نقطه اوج اولیه افزایش یابد و زمان رسیدن به نقطه ماکزیمم کاهش یابد. زمان رسیدن به نقطه اوج نیز با افزایش نانو سیلیکا تغییر مییابد و سبب میشود که نقطه اوج سریعتر حاصل شود - شکل . - 1 در واقع ذرات نانو سیلیکا به عنوان مکانهای هستهای سبب شتاب دادن به فرآیند هیدرتاسیون سیمان میشوند و تولید گرمای هیدراتاسیون را نسبت به سیمان پرتلند معمولی بالاتر است
شکل :1 اثر نانو سیلیکا بر روی گرمای هیدراتاسیون خمیر سیمان
-2 اثر نانوسیلیکا بر روی خصوصیات تازگیو کارایی بتن
اضافه کردن نانو سیلیکا به خمیر سیمان و ملات نیازمند آب بیشتر برای حفظ کارایی باشد.[22-19]علاوه بر این سبب افزایش چسبندگی و تنش تسلیم و کاهش در گسترش جریان میشود.[18] برای کاهش اثرات معکوس نانو سیلیکا بر روی کارایی Berra وهمکاران [23]، پیشنهاد دادند که اضافه کردن آب به مخلوط بتن را به تاخیر انداخته و به جای اضافه کردن همه آب به مخلوط بتن در یک زمان، یک مقدار مشخص آب را نگه داشته و در زمان دیگر اضافه کنند، مقاومت فشاری و ویسکوزیته - گرانروی - پلاستیک و تنش با افزودن نانو سیلیکا افزایش مییابد
نتایج آزمایشات یک ارتباط مستقیم بین جریان اسلامپ و کارایی بتن فوق توانمند را نشان می دهند. با افزایش نانوسیلیکا مقدار جریان اسلامپ بتن فوق توانمند به طور خطی کاهش مییابد و از مقدار 33/75 به مقدار 22/5 کاهش مییابد - شکل - 2 ، اضافه کردن نانو سیلیکا مقدار زیاد تقاضای آب در مخلوط های سیمانی را زیاد میکند. زیرا روغنکاری میان حفرات کاهش یافته و سبب افزایش تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی و کاهش کارایی میشود
