بررسی و پیش بینی رفتار خستگی بتن نانوکامپوزیتی حاوی گرافن و نانوکربنات کلسیم با رویکرد طراحی آزمایش و رگرسیون چند متغیره در سطح تنش بیشینه ۰.۸

رفتار خستگی بتن به عنوان یکی از بحرانی ترین شاخص های ارزیابی عملکرد سازه های تحت بارگذاری چرخه ای، نقشی تعیین کننده در ایمنی و دوام سازه ها دارد. در این پژوهش، تاثیر هم افزای نانوذرات گرافن و نانوکربنات کلسیم بر ارتقای مقاومت و عمر خستگی بتن نانوکامپوزیت با بهره گیری از رویکرد طراحی آزمایش (DOE) مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفته است. با اجرای آزمایش های خستگی تحت بارگذاری فشاری خالص و تحلیل آماری نتایج در محیط نرم افزار Minitab، یک مدل رگرسیون چندمتغیره توسعه یافت که قادر است عمر خستگی را بر اساس متغیرهای طرح اختلاط پیش بینی کند. نتایج آنالیز واریانس (ANOVA) نتایج نشان داد که استفاده هم زمان از گرافن و نانوکربنات کلسیم، به ویژه در نسبت آب به سیمان پایین، موجب بهبود چشمگیر عمر خستگی فشاری بتن نانوکامپوزیتی در سطح تنش (۰.۸) می شود. مدل رگرسیونی توسعه یافته با مقادیر (R۲=۸۹.۴۲%)، (R۲adj =۸۸.۸۰%) و (R۲ pred=۸۷.۲۳%) ، از برازش و قابلیت پیش بینی مطلوبی برخوردار بود و نزدیکی این شاخص ها، نبود بیش برازش قابل توجه و تعمیم پذیری مناسب مدل را تایید کرد. همچنین، اعتبارسنجی تجربی ، دقت قابل قبول مدل را نشان داد. تحلیل اثر عوامل مشخص کرد که نانوکربنات کلسیم بیشترین اثر مثبت را بر عمر خستگی دارد، درحالی که افزایش نسبت آب به سیمان اثر منفی قابل توجهی ایجاد می کند. تعامل مثبت گرافن و نانوکربنات کلسیم نیز بیانگر اثر هم افزایی این دو نانوماده در بهبود ریزساختار و کنترل گسترش ریزترک ها بود. بر اساس نمودارهای کانتور، بیشترین عمر خستگی در محدوده (۱%) نانوکربنات کلسیم، (۰.۵%) گرافن و نسبت آب به سیمان (۰.۳۵) در فرکانس بین ۱ تا ۲ هرتز به دست آمد. در مجموع، مدل پیشنهادی می تواند به عنوان ابزاری قابل اعتماد برای پیش بینی و بهینه سازی عمر خستگی بتن های نانوکامپوزیتی استفاده شود.

کلیدواژه ها:

بتن نانوکامپوزیت ، عمرخستگی فشاری ، گرافن ، نانوکربنات کلسیم ، طراحی آزمایش (DOE) ، رگرسیون چندمتغیره ، آنالیز واریانس (ANOVA).