بررسی تأثیر استفاده از مواد نانوسیلیس، نانو تیتانیوم و نانوکامپوزیت بر خواص مکانیکی بتنهای سبک تحت اثر حرارت بالا با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزله
میلاد خسروی
1
,
عیدالکریم عباسی دزفولی
2
1 - دانشیار گروه مهندسی عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
2 - دانشگاه آزاد اسلامی اهواز
کلید واژه: بتن سبک, پرلیت, مقاومت فشاری, نانوسیلیس, نانو تیتانیوم, نانوکامپوزیت,
چکیده مقاله :
در این تحقیق به بررسی تأثیر استفاده از نانوسیلیس، نانو تیتانیوم و نانوکامپوزیت بر مقاومت فشاری 28 روزه و جذب آب بتن سبک ساخته شده از سبکدانه پرلیت تحت اثر حرارت بالا پرداخته شد. نتایج آزمایشهای انجام شده نشان داد که بطور کلی با افزایش مقادیر نانومواد در بتن سبک، مقاومت فشاری بتن افزایش یافته است و این میزان افزایش در حالت استفاده از ماده نانوکامپوزیت به میزان 3 درصد سیمان مصرفی، نسبت به سایر نانومواد مقدار بیشتری دارد. با این وجود به دلیل نزدیک بودن مقاومت فشاری بتن حاوی 3 درصد نانوسیلیس با بتن حاوی 3 درصد نانوکامپوزیت و کمتر بودن وزن آن، طرح اختلاط بتن حاوی 3 درصد نانوسیلیس به عنوان بهینهترین طرح اختلاط انتخاب میشود. علاوه بر این، نتایج مقاومت فشاری نمونهها تحت اثر حرارتهای بالا نشان داد در ترکیب حاوی نانو سیلیس 3% در حرارت800، 100،200،400،600 درجه سانتیگراد شاهد کاهش مقاومت بترتیب به میزان 84%،74%، 42% ،15% و 14% نسبت به دمای معمول بود. در بتن حاوی 3 در صد نانو تیتانیوم روند کاهش مقاومت 82%، 74%، 23%، 10% و 5% (افزایش مقاومت) و برای بتن حاوی نانو کامپوزیت روند کاهش مقاومت تحت حرارت ذکر شده بالا بترتیب 89%، 82%، 51%، 21%و24% بود. تا دمای 200 درجه سانتیگراد، مقاومت بتن افت ناچیزی داشته و در برخی موارد حتی افزایش مقاومت فشاری نیز دیده میشود. اما از دمای 400 درجه با شیب تصاعدی کاهش مقاومت فشاری بتن سبک اتفاق میافتد.
In this research, investigation of the effect of nano silica, nano titanium and nano composites on 28 days compressive strength of light weight concrete made by pearlite under high temperature were carried out. The results show that by increasing the nano materials the strength is increased. More strength increasement were achieved by nano silica (3% of cement used), this result is close to 3% of nano composite, however the 3% of nano silica has less weight therefore considered as more optimized mix. In the mix containing 3% nano silica in temperature 800, 600, 400, 200, 100℃ the strength reduction was 84%, 74%, 42%, 15% and 14% respectively. In the mix containing 3% nano composite the strength reduction was 89%, 82%, 51%, 21% and 24% at the same range of temperature. At 200℃ the reducing strength is not high, using nano materials even though slightly causing increasing strength. At 400℃ however the strength is decreased in all light weight concrete made by the nano materials. In the testing of absorbed water in the specimens it was seen that by increasing nano the absorbed water is reduced this significantly seen in nano composite samples.
[1] Qi. Yang, Q. Yang, Xi. Peng, K. Xia, B. Xu, “Review of the Effects of Nanomaterials on the Properties of Concrete”, Buildings, 2025.
https://doi.org/10.3390/buildings15132363
[2] P.K. Mehta, P.J. Monteiro, “Concrete microstructure”, Properties and materials, 2017.
[3] A.M. Neville, J.J. Brooks, “Concrete technology”, Longman Scientific & Technical England, 1987.
https://dl.ojocv.gov.et/admin_/book/Concrete%20Technology%20Book%20KT.pdf
[4] Y. Theiner, G. Hofstetter, “Evaluation of the effects of drying shrinkage on the behavior of concrete structures strengthened by overlays”, Cement and Concrete Research, Vol. 42(9), 2012, pp. 1286-1297.
https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.06.001
[5] تدین، م.، "بررسی و ارزیابی مقاومت کششی، مدول ارتجاعی، ضریب پواسون و شدت خوردگی بتن سبک پر مقاومت با مصالح موجود در ایران"، پایاننامه دکتری، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1381.
[6] Y. Ke, A.L. Beacour, S. Ortola, H. Dumontets, R. “Cabrillac, "Influence of volume fraction and characteristics of lightweight aggregates on the mechanical properties of concrete”, Construction and Building Materials, Vol. 23(8), 2009, pp. 2821-2828.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.02.038
[7] R. Demirboga, I. Orung, R. Gul, “Effects of expanded perlite aggregate and mineral admixtures on the compressive strength of lowdensity concretes”. Cement and Concrete Research, Vol. 31(11), 2001, pp. 1627-1632.
https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00615-9
[8] H.J. Chen, T. Yen, T.P. Lia, Y.L. Huang, “Determination of dividing strength and it's relation to the concrete strength in lightweight aggregate concrete”, Cement and Concrete Composition, Vol. 21, 1999, pp. 29-37.
https://doi.org/10.1016/S0958-9465%2898%2900035-3
[9] ACI Committee 213, “Guide for Structural Lightweight-aggregate Concrete”, American Concrete Institute, 2014.
https://www.concrete.org/Portals/0/Files/PDF/Previews/213R-14_preview.pdf
[10] M. Shakarchizadeh, N. Alilibar, M. Jalili, “Handbook for lightweight aggregate concrete”, Elm-o-Adab Publication, First edition, Tehran, 2016.
https://doi.org/10.22065/jsce.2017.95976.1301
[11] Deputy of housing and building, Ministry of Roads and City Planning, National Building Regulations of Iran, Ninth issue, Design and implementation of reinforced concrete buildings, Publishing Iran Development, 2013.
https://www.bhrc.ac.ir/portals/0/box/PubEnReport.pdf
[12] نویل، آدام، خواص بتن، مترجم هرمز فامیلی، انتشارات ابوریحان بیرونی، 1378.
[13] DIN 1048, Concrete harden – Determination of the depth of penetration of water under pressure, German National Standard, 1991.
[14] اسدی، محمد، فهیم، جواد، منشی، احمد و جهانبخش سفیدی، محبوبه، بررسی تاثیر افزودنی نانو سیلیس بر خواص مکانیکی و ریز ساختاری خمیر سیمان پرتلند، ماهنامه علمی تخصصی سیمان، صفحه 79-84، 1390.
[15] بهادری، هادی و بوشهریان، عباس، کاربرد نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در روسازیهای بتنی در جهت بهبود ویژگیها و ایجاد خاصیت فوتوکالیستی در بتن، سومین همایش تخصصی محیط زیست، دانشگاه تهران، 1378.
[16] راستگوی حقی، سیده هدا و مظهر سرمدی، نسترن، فن آوری نانو و کاربرد آن در بهبود خواص بتن و فلزات، همایش ملی مقاوم. سازی ایران، یزد، 1391.
[17] کالوندی، سید محسن، رضایی، مهلا، رهگذر، محمدرضا، بررسی برخی خواص مهندسی بتن معمولی حاوی نانوآلومینا و نانوسیلیس، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران بابل، دانشگاه نوشیروانی بابل، 1393.
[18] رضایی فر، امید، بوستانی، مریم و وکیلی، خدیجه، بررسی اثرات استفاده از بتن دارای دی اکسید تیتانیوم بر بهبود کیفیت هوا، دومین کنفرانس سراسری توسعه محوری مهندسی عمران، معماری، برق، مکانیک ایران، گروه آموزش و پژوهش شرکت مهندسی بارو گستر پارس با همکاری آکادمی آکسفورد سرت انگلستان، گرگان، 1394.
https://www.researchgate.net/profile/Omid-Rezaifar/publication/320322617_Investigating_the_Effects_of_Concrete_with_Titanium_Dioxide_on_Improving_Air_Quality/links/59ddaaa5458515f6eff60429/Investigating-the-Effects-of-Concrete-with-Titanium-Dioxide-on-Improving-Air-Quality.pdf
[19] حیدری باغعوضی، سمیرا، کیانپور، محسن و شهرآبادی عباس، خواص فتوکاتالیستی و آب دوستی نانوذره دی اکسید تیتانیوم در تصفیه آب و بررسی روش های سنتز آن، اولین همایش ملی توسعه تکنولوژی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، موسسه علمی نفت پژوهان جنوب، اهواز، 1390.
[20] Li, H., Zhang, M.H., and Ou. J.P., Flexural fatigue performance of concrete containing nano-particles for pavement. International Journal of fatigue 29(7), 1292-1301, 2007.
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2006.10.004
[21] رنگرز، س.م.، برمایه ور، ب.، صافحیان، م.، "بررسی اقتصادی، زيستمحيطی و دوام بتن سبک اليافی سازهای"، نشريه مهندسی عمران و محيط زيست، جلد 25 ،شماره 3، 1401، صفحه 49-59.
https://doi.org/10.22034/jcee.2021.36309.1868
[22] M. Robati, T. McCarthy, G. Kologiannakis, “Incorporating environmental evaluation and thermal properties of concrete mix designs”, Construction and Building Materials, Vol. 128, 2016, pp. 422-435.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.10.092
[23] Fashandi, H., Pakravan, H. R., Latifi, M., “Application of modified carpet waste cuttings for production of eco-efficient lightweight concrete”, Construction and Building Materials, Vol. 198, 2019, pp. 629-637.
https://doi.org/10.22034/jcee.2021.39150.1933
[24] Saradar, A., Nemati, P., Shadmani, A., Paskiabi, M., Mohtasham, M., HosseinMoezd, E., Hassanzadeh, V., “Prediction of mechanical properties of lightweight basalt fiber reinforced concrete containing silica fume and fly ash: Experimental and numerical assessment”, Journal of Building Engineering, Vol. 32, 2020, 101732.
[25] Karthika, R., Vidyapriya, K., Nandhini, V., Merlin, S., Beaula, G., Harini, M., “Experimental study on lightweight concrete using pumice aggregate, Materials Today: Proceedings, Vol. 43, 2021, pp. 1606-1613. https://www.ijasret.com/VolumeArticles/FullTextPDF/1561_Experimental_Study_on_Lightweight_Concrete_Using_Pumice_Aggregate.pdf
[26] Swamy, V., Siva, G., Hemalatha, K., kula, R., “Mechanical and durability properties of treated oil palm shell lightweight concrete”, Materials Today: Proceedings, Vol. 47, 2021, pp. 282-285.
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.04.373
[27] Christidis, K., Badogiannis, G., Mintzoli, C., “Flexural behaviour of pumice lightweight concrete reinforced with end-hooked steel fibres”, Structures, Vol. 33, 2021, pp. 3845-3847.
https://doi.org/10.1016/J.ISTRUC.2021.06.090
[28] Yasser, M., AbdElrahman, M., Elsakhawyc, B., Tayehd, A., TahwiaM., “Development and performance of sustainable structural lightweight concrete containing waste clay bricks”, Journal of Materials Research and Technology, Vol. 21, 2022, pp. 4344-4359.
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.11.042
[29] خجسته بند، حامد، سهرابی، محمدرضا، صمیمی عبدالرضا، بررسی اثر نانوسیلیس بر خواص مکانیکی بتن سبک، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، شیراز، دانشگاه شیراز، 1388
[30] Nazari, A., Riahi, Sh., Abrasion resistance of concrete containing SiO2 and Al2O3 nanoparticles indifferent curing media. Energy and Buildings (43), 2939–2946, 2011.
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.05.037
[31] Nazari, Ali, and Shadi Riahi. The effects of TiO2 nanoparticles on physical, thermal and mechanical properties of concrete using ground granulated blast furnace slag as binder. Materials Science and Engineering: A 528, no. 4-5, 2085-2092, 2011.
https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.12.025
[32] Jalal, M., Fathi, M., Mohammad Farzad, M., Effects of fly ash and TiO2 nanoparticles on rheological, mechanical, microstructural and thermal properties of high strength self compacting concrete. Mechanics of Materials (61), 11–27, 2013.
https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2013.01.010
[33] Najigivi, A., Khaloo A., and Abdul Rashid, S. Investigating the effects of using different types of SiO2 nanoparticles on the mechanical properties of binary blended concrete. Composites Part B: Engineering, (54), 52-58, 2013.
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.04.035
[34] Abdelzaher, M. A., Asmaa S. Hamouda, Ibrahim M. Ismail, and M. N. El-Sheikh. Nano Titania Reinforced Limestone Cement: Physico-Mechanical Investigation. Key Engineering Materials 786 (2018)
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.786.248
