تأثیر نانو ذرات گرافن بر روی مشخصات مکانیکی و دوام بتن‌های ساخته شده با سیمان پرتلند

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 عضو هیئت علمی، گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان

3 گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط زیست ( وابسته به سازمان حفاظت محیط زیست)، کرج، البرز، ایران

چکیده

نانو صفحات گرافن ساختار صفحه‌ای دارند که هیدروفوب بوده و آب به دلیل عدم کشش سطحی گرافن بر روی این صفحات جذب نمی‌شود. استفاده از این مواد به دلیل سطح ویژه بالا و دانسیته پایین در کمترین مقدار می تواند تاثیر چشمگیری در خواص بتن داشته باشد بدون آنکه وزن بتن را افزایش دهد. این در حالیست که به دلیل ذات هیدروفوب این ذرات، پراکنش یکنواخت آن در بتن مشکل ساز است.
در این پژوهش به مطالعه تاثیر استفاده از این نانو ذرات بر روی ویژگیهای بتن پرداخته شده است. برای این منظور و به دلیل عدم پراکنش مناسب گرافن، ابتدا نانوصفحات گرافن اکسید به روش هامر اصلاح شده از پولک های گرافیتی تهیه و بعد از پراکنش در بتن از طریق حرارت به گرافن احیاء گردیده است. در این پژوهش آزمایشگاهی از طرح های اختلاط بتنی شامل نمونه‌های بتنی با جایگزینی نانو اکسید گرافن در محیط های معمولی و شرایط اتوکلاو شده استفاده شده است. بر اساس نتایج آزمایش XRD پولک های گرافیتی به خوبی با استفاده از روش هامر اصلاح شده به نانوصفحات گرافن اکسید در داخل بتن تبدیل شده است.
بر اساس نتایج بدست آمده، اندازه گیری خواص مکانیکی بتن، نشان دهنده افزایش و بهبود مشخصات مکانیکی بتن به مقدار قابل توجهی در نمونه های حاوی گرافن اکسید در محیط اتوکلاو شده می باشد. همچنین استفاده از این مواد موجب کاهش درصد جذب آب بتن شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Graphene Nano Particle on the Mechanical and Durability Properties of Portland Cement Concrete

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Mohammadi 1
  • Jamal Ahmadi 2
  • Somayeh Mohammadi 3
1 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Zanjan, Iran
2 Assistant Prof, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Zanjan, Iran.
3 Assistant Prof. Department of environmental engineering, college of environment,karaj, alborz, Iran
چکیده [English]

Graphene Nano sheets have the planar structure. These nanoparticles are hydrophobia so the water molecules cannot adsorbed on graphene surface due to the absence of surface tension. Low quantity application of these materials due to high value of specific surface and low density can have significant effects on the concrete properties without having any considerable effect of concrete weight. However, because of hydrophobia nature of these nano particles, its uniform dispersion in concrete body is an essentially problem.
In this research, it is attempted to study the effects of Graphene Nano sheets on the concrete properties. For this goal and due to non-uniform dispersion of these nanoparticles, graphene oxide nano sheets were first prepared from the nano graphene according to modified Hummer method and then, after uniform dispersion in concrete, graphene is recovered through heat.
In this laboratory investigation the graphene oxide nano sheets are used in the concrete mix designs with ordinary and autoclaved curing condition. According to the obtained results from the x-ray analysis, the graphene oxide nano sheets are successfully converted to graphene nano sheets in the concrete by applying modified Hummer synthesizing method.
The results show that the mechanical properties of the specimens which contain graphene oxide in the autoclaved curing condition, increases considerable. Also, the usage of these nanoparticles could improve the water absorption properties of concrete specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • concrete
  • graphene nano sheets
  • Mechanical properties
  • water absorption
  • electrical strength