مطالعه و بررسي تأثير نانوذرات سيليكات پليمري بر مقاومت و دوام بتن

Study of Nano-materials of silica polymer on the resistance and durability concrete

دستيابي به خواص ايدئال بتن و تحقق‌‌بخشيدن به ارتقاء پارامترهاي فيزيكي و مكانيكي آن، سبب شده است تا امروزه پوزولان‌ها جايگاه ثابتي در ميان اجزاء تشكيل‌دهنده‌ي بتن پيدا كنند. يكي از مواد پوزولاني بسيار جديد كه به مدد پيشرفت‌هاي اخير در عرصه‌ي فناوري نانو حاصل شده است، نانوسيليس مي‌باشد. ترك‌هاي بتن اجراشده به دلايل مختلفي ايجاد مي‌شود. تغييرات حجمي بتن و به‌ويژه خمير سيمان و عوامل محيطي و اجرايي و دوره‌هاي ذوب و يخ، از عوامل اصلي ايجاد ترك در بتن است. بدين ترتيب همواره ترك در بتن از عوامل كنترل‌ناپذير بوده است و از لحاظ مقاومت و دوام در بتن تأثيرگذار مي‌باشد. محققين همواره به دنبال راه‌حلي براي رفع اين مشكل بوده‌اند. نانوسيليس به علت داشتن سطح ويژه‌ي بسيار زياد، چسبندگي بسيار قوي با سيمان هيدراته تشكيل مي‌دهد و از رشد بيشتر بلورهاي هيدروكسيد كلسيم جلوگيري مي‌كند و ترك‌هاي ريز و منافذ مويين را پر كرده، درنهايت سبب متراكم ساختن سيمان، افزايش مقاومت و دوام و افزايش عمر مفيد بتن مي‌شود. يكي از مشكلات نانوسيليس‌ها، عملكرد نامناسب در هنگام وقوع ترك در بتن است. از سوي ديگر، شيوه‌هاي بهره‌گيري از نانوكپسول‌ها براي ترميم هدفمند در علوم جديد در حال پيشرفت است. ازاين‌رو در اين پژوهش ابتدا به روند سنتز نانوماده‌اي چندمنظوره (نانوكپسول‌هاي پليمري با روكش سيليكاتي) پرداخته شد. براي بررسي تأثيرات نانوكپسول ساخته‌شده بر خواص بتن و بررسي خود‌ترميمي هوشمندانه در هنگام وقوع ترك، طرح‌هايي با جايگزين‌كردن 10‌درصد نانوكپسول با مواد سيماني و همچنين بدون آن ساخته شده است. در اين راستا ابتدا نمونه‌ها در 150 دوره‌ي ذوب و يخ قرار داده شد؛ سپس پارامترهاي دوامي و مقاومتي با آزمايش‌هاي سرعت پالس فراصوت و مقاومت فشاري مورد ارزيابي قرار گرفت. براي ارزيابي ريزساختاري عملكرد نانوكپسول‌ها، تصاوير ميكروسكوپ الكتروني پويشي (SEM) از نانوكپسول‌ها و نمونه‌ي بتني تهيه شده است. از مهم‌ترين نتايج پژوهش حاضر، افزايش 70درصدي مقاومت فشاري در آزمونه‌هاي غني‌شده با نانوكپسول مي‌باشد. بر‌اساس نتايج پژوهش حاضر، دوره‌هاي ذوب و يخ، ميزان مقاومت فشاري آزمونه‌ي مرجع را بيش از 20درصد كاهش مي‌دهد؛ درحالي‌كه در آزمونه‌هاي غني‌شده با نانوكپسول، عملكرد هسته‌ي نانوكپسول توليدي مقادير افت مقاومتي را به حدود 5/2درصد تا 5درصد كاهش مي‌دهد.

Achieving to concrete properties and realizing to upgrade the physical and mechanical parameters, has caused that nowadays the pozzolans have a foothold among the components of concrete. One of the new pozzolanic materials which have been achieved with the help of recent advances in nanotechnology is Nano silica. The cracks of implemented concrete are created for various reasons. Usually they occur by volume changes, environmental and executive factors and freezing and thawing cycles in concrete and especially in the cement paste. Accordingly, always the cracks are insuppressible factors and influence on durability and strength of concrete. So the researchers always look for a solution to fix this problem. Nano silica due to having high specific surface, constitute a strong adhesion with hydrated cement and prevent the further growth of calcium hydroxide and like pozzolan, fills micro cracks and capillary pores and finally causes density of cement, reduction of permeability, enhancement of resistance and durability. But the main problem of Nano silica is poor performance in the event of cracking. On the other hand the utilization of Nano capsules for the targeted healing in the new sciences is ongoing. Accordingly we describe and illustrate the procedure of synthesis of new multipurpose material (Nano capsule with polymer core / silica shell). Afterward, in order to investigate the effects of Nano capsules on concrete properties such as self-healing, samples by replacing 10 percent Nano capsule with cementations materials and without it has been made. In this regard, the samples have been put in 150 freezing and thawing cycles and then the durability and strength parameters have been evaluated by pulse velocity method and compressive strength test. In order to microstructure appraising of Nano capsules, the (SEM) images of Nano capsules and concrete specimens have been taken. One of the main results of this study is 70 percent increasing in compressive strength for the specimens which have been enriched by Nano capsules. Based on the results of this study, although the freezing and thawing cycles decrease 20 percent of compressive strength of the references specimens, this amount is just 2.5 to 5 percent for specimens by Nano capsules