بررسی تجربی خواص پیزومقاومتی نانو کامپوزیت های سیمان / نانولوله های کربنی به منظور استفاده در بتن های هوشمند خودحس کننده

سازه های بتنی از قبیل پل ها، سدها، برج ها و جاده ها بر اثر ایجاد ترک ها، تنش ها، کرنش ها و سایر عیوب به صورت مداوم در معرض خرابی قرار دارند. قابلیت شناسایی و آشکارسازی این خرابی ها در کوتاه ترین زمان ممکن از نظر ایمنی عمومی اهمیت زیادی دارد. روش های مختلفی برای نظارت بر عملکرد این سازه ها ارائه شده است، با این حال تاکنون روشی موثر و کم هزینه برای پایش سلامت سازه های بتنی به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. در این مطالعه روشی مبتنی بر فناوری نانو برای ساخت بتن های هوشمند خودحس کننده به منظور نظارت بر سلامت سازه های بتنی ارائه شده است. در این روش، بتن با نانولوله های کربنی چنددیواره ترکیب شده و شبکه ای الکتریکی درون ماتریس سیمانی تشکیل می شود. به دلیل خواص پیزومقاومتی بالای نانولوله های کربنی، بتن قادر خواهد بود تغییرات ناشی از تنش های مکانیکی را از طریق تغییر در مقاومت الکتریکی نشان دهد. علاوه بر این، حضور نانولوله های کربنی می تواند موجب تقویت بتن و افزایش مقاومت مکانیکی آن شود. از آنجا که این حسگرهای بتنی بر پایه مواد سیمانی همگن هستند، سازگاری مناسبی با سازه های بتنی دارند. به منظور بررسی این موضوع، نانوکامپوزیت بتن در سه حالت خمیر سیمان، بتن با عیار ۴۰۰ و بتن با عیار ۳۵۰ و در دو نسبت آب به سیمان ۴۵/۰ و ۶/۰ تهیه شد. سپس تاثیر درصدهای وزنی مختلف نانولوله های کربنی بر خواص الکتریکی و مکانیکی نانوکامپوزیت به صورت تجربی بررسی گردید. نتایج نشان داد با افزایش درصد وزنی نانولوله های کربنی، مقاومت الکتریکی بتن کاهش یافته و در مقابل مقاومت فشاری آن افزایش می یابد. همچنین خاصیت پیزومقاومتی بتن تحت بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج بیانگر حساسیت نانوکامپوزیت بتن نسبت به تنش فشاری وارد بر آن است؛ به گونه ای که اعمال تنش فشاری تا ۶ مگاپاسکال موجب تغییر مقاومت الکتریکی بتن تا حدود ۸ درصد در نانوکامپوزیت خمیر سیمان حاوی یک درصد وزنی نانولوله کربنی می شود.

کلیدواژه ها:

نانوکامپوزیت ، پیزو مقاومت ، نانولوله های کربنی ، بتن های هوشمند ، خود حس کننده