مطالعه بهبود استحکام بخشی سازه های بتنی سگمنت TBM در پروژه تونل انحراف آب مس سونگون با استفاده از بهینه سازی نانو ذرات سیلیکا

در سال های اخیر با ظهور نانو فناوری در صنعت ساخت و ساز به ویژه در حوزه بتن، پیشرفت چشمگیری در این زمینه رخ داده است. در این راستا، سگمنت ها نیز به عنوان سازه های بتنی مسلح مورد استفاده در پروژه های حفاری و تونل سازی مورد توجه قرار گرفتند. افزایش مقاومت فشاری بتن سگمنت ها با استفاده از نانو مواد می تواند منجر به افزایش ظرفیت باربری و ایمنی سازه، کاهش احتمال ترک های ناشی از تنش و خستگی، کاهش نفوذپذیری و بهتر شدن دوام، عملکرد بهتر در مراحل ساخت، جابجایی و نصب و همچنین کاهش ریسک در نواحی بحرانی تونل شود. یکی از مهم ترین نانو مواد مورد استفاده در بتن، نانو ذرات سیلیکا (SiO۲) می باشد که به دلیل نسبت سطح به حجم بیشتر (سطح ویژه بالا)، فعالیت پوزولانی شدید (کاهش مقدار کلسیم هیدروکسید آزاد و تولید بیشتر ژل C-S-H)، کاهش تخلخل و نفوذ پذیری، بهبود ریز ساختار بتن، تقویت ناحیه انتقال خمیر سیمان و سنگدانه (ITZ) و افزایش دوام در برابر یون های کلرید، سولفات و خوردگی باعث بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن می شود. در این پژوهش اثر مقادیر مختلف نانو سیلیکا (۰، ۱، ۲، ۳، ۴، ۵ و ۶ درصد وزنی سیمان) بر مقاومت فشاری بتن مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از دستگاه مقاومت فشاری تک محوری بتن و آنالیز FE-SEM برای بررسی نمونه ها استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از ۵ درصد نانو سیلیکا باعث افزایش مقاومت فشاری ۷ و ۲۸ روزه بتن به ترتیب تا ۳۶ درصد و ۲۰ درصد می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد استفاده بهینه از نانو ذرات سیلیکا می تواند منجر به تولید سگمنت های بتنی با دوام بیشتر و عملکرد بالا گردد. با این حال، افزایش بیش از حد نانو سیلیکا (بیش از ۵ درصد وزنی سیمان) موجب کاهش کارایی بتن و افزایش نیاز به مصرف سایر اجزای آن از جمله آب و فوق روان کننده شد.

کلیدواژه ها:

بتن ، سگمنت ، نانو ذرات سیلیکا ، مقاومت فشاری ، تونل