ارزیابی رفتار مکانیکی و دوام بتن هیبریدی حاوی نانوذرات و الیاف در شرایط محیطی سخت

بتن هیبریدی به عنوان نسل جدیدی از کامپوزیت های سیمانی با استفاده همزمان از انواع الیاف و نانوذرات امکان بهبود همزمان خواص مکانیکی ریزساختاری و دوام را فراهم می آورد. به کارگیری الیاف متفاوت مانند فولادی، پلی پروپیلن، شیشه یا بازالت به دلیل ایجاد سازوکارهای چند مقیاسی در کنترل و مهار ترک ها موجب افزایش چقرمگی، شکل پذیری و مقاومت کششی بتن می شود. از سوی دیگر، افزودن نانوذراتی نظیر نانوسیلیس، نانورس یا نانولوله های کربنی با پر کردن خلل و فرج، تسریع واکنش های هیدراتاسیون و افزایش تراکم ماتریس سیمانی نقش موثری در بهبود رفتار فشاری، کاهش نفوذپذیری و ارتقای پایداری شیمیایی بتن ایفا می کند. ترکیب هم زمان الیاف و نانوذرات در قالب یک سیستم هیبریدی اثری هم افزا ایجاد می کند که منجر به افزایش مقاومت فشاری تا حدود ۲۵٪، مقاومت کششی و خمشی تا بیش از ۴۰٪ و چقرمگی شکست تا چند برابر بتن معمولی می شود. این رفتار ناشی از توزیع چند مقیاسی تقویت کننده ها و فعال شدن مکانیزم های متنوع جذب انرژی در مقیاس های نانو، میکرو و ماکرو است. علاوه بر بهبود رفتار مکانیکی، حضور هم زمان نانوذرات و الیاف باعث کاهش قابل توجه نفوذ یون کلرید، افزایش مقاومت در برابر حملات سولفاتی، بهبود پایداری در چرخه های یخ زدگی - ذوب و کاهش سرعت تخریب ناشی از سایش و فرسایش می شود؛ به گونه ای که نفوذپذیری بتن تا ۵۰-۳۰۰٪ کاهش می یابد و مقاومت در برابر محیط های خورنده به طور محسوسی افزایش می یابد. به طور کلی نتایج پژوهش ها نشان می دهد که بتن هیبریدی حاوی نانوذرات و الیاف می تواند گزینه ای مناسب برای سازه هایی باشد که در معرض شرایط محیطی شدید همچون محیط های دریایی، مناطق سردسیر، محیط های صنعتی خورنده و عناصر سازهای با بارگذاری مکانیکی شدید قرار دارند. در این مقاله با مرور جامع تازه ترین تحقیقات، رفتار مکانیکی، ریزساختار و شاخص های دوام این بتن ها ارزیابی شده و نقش ترکیبات مختلف الیاف و نانوذرات در بهبود عملکرد بتن در شرایط محیطی سخت مورد تحلیل قرار می گیرد.

کلیدواژه ها:

بتن هیبریدی ، نانوذرات ، الیاف ، دوام بتن ، رفتار مکانیکی ، شرایط محیطی سخت ، چقرمگی ، نفوذپذیر