تحلیل مکانیسم عملکرد هم زمان گرافن و نانوکربنات کلسیم در ارتقای مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته سکنت بتن با نسبت آب به سیمان ۰٫۵

در پژوهش حاضر، اثر هم زمان گرافن و نانوکربنات کلسیم بر مقاومت فشاری و صلبیت ارتجاعی بتن نانوکامپوزیت به صورت تجربی بررسی شد. گرافن در سه سطح صفر، ۰٫۱ و ۰٫۵ درصد و نانوکربنات کلسیم در سه سطح صفر، ۰٫۵ و ۱ درصد، بر مبنای جرم سیمان، به طرح های اختلاط افزوده شد.نسبت آب به سیمان ۰.۵ درصد نظر گرفته شد،از خاکستر بادی نوع F با نسبت ۲۰ درصد وزن سیمان جایگزین برای بهبود عملکرد ماتریس سیمان اضافه شد. برای دستیابی به پراکنش مناسب نانومواد، سوسپانسیون گرافن و نانوکربنات کلسیم با استفاده از فرآیند فراصوت دهی و در حضور سورفکتانت و فوق روان کننده تهیه و پیش از اختلاط با مواد خشک به سامانه سیمانی افزوده شد. اثرات اصلی گرافن و نانوکربنات کلسیم و اثر متقابل آن ها بر پاسخ های مکانیکی با استفاده از DOE طراحی شد. نمونه های مکعبی پس از عمل آوری استاندارد تحت بارگذاری فشاری تک محوری قرار گرفتند و منحنی های تنش–کرنش آن ها ثبت شد. مقاومت فشاری از بیشینه تنش تحمل شده و صلبیت ارتجاعی بر اساس مدول الاستیسیته سکانت محاسبه گردید. نتایج نشان داد که استفاده کنترل شده از گرافن و نانوکربنات کلسیم در بتن نانوکامپوزیتی حاوی ۲۰٪ خاکستر بادی و با نسبت آب به سیمان نسبتا بالای ۵۰ درصد ، می تواند افت بالقوه خواص مکانیکی ناشی از افزایش تخلخل خمیر سیمان را تا حد قابل توجهی جبران کند. این بهبود از طریق اصلاح ساختار حفره ای، فراهم کردن مراکز جوانه زنی برای محصولات هیدراتاسیون، بهبود ناحیه انتقال خمیر–سنگدانه و مهار گسترش ریزترک ها حاصل شده است. نتایج بیانگر آن است که نانوکربنات کلسیم، به واسطه اثر پرکنندگی و تسریع هیدراتاسیون، نقش موثرتری در ارتقای سختی و مدول الاستیسیته سکنت بتن داشته است؛ به طوری که تاثیر آن بر افزایش مدول سکنت از تاثیر آن بر مقاومت فشاری پررنگ تر بود. در مقابل، گرافن عمدتا موجب افزایش ظرفیت تحمل تنش و مقاومت نهایی شد و در عین حال، در بهبود سختی بتن نیز نقش مثبتی ایفا کرد. مقایسه نمونه بهینه (Gr=۰.۵%,CaCO۳=۱.۰%) با نمونه مرجع (Gr=۰%,CaCO۳=۰%) ، هر دو در نسبت آب به سیمان ۰.۵، نشان داد که افزودن هم زمان این دو نانوماده موجب افزایش ۳۳.۰۳٪ در بیشترین تنش و ۲۴.۵۶٪ در مدول الاستیسیته سکنت شده است. بنابراین، اثر هم افزایی گرافن و نانوکربنات کلسیم توانسته است ضعف نسبی ناشی از نسبت آب به سیمان ۰.۵ را به طور محسوسی تعدیل کند؛ گرافن با مهار و پل زنی ریزترک ها و نانوکربنات کلسیم با متراکم سازی ماتریس و کاهش فضای حفره ای، به صورت مکمل عمل کرده اند.

کلیدواژه ها:

بتن نانوکامپوزیت ، گرافن ، نانوکربنات کلسیم ، خاکستر بادی ، مقاومت فشاری ، مدول الاستیسیته سکانت ، صلبیت ارتجاعی.