مطالعه آزمایشگاهی تاثیر گرافن اکساید اصلاح شده پلیمری بر خواص مکانیکی بتن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران.

2 استادیار گروه عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

3 استادیار، دانشکده عمران و معماری، دانشگاه ملایر، همدان، ایران

4 دانشیار گروه شیمی، واحد ملایر، دانشگاه آزاد اسلامی، ملایر، ایران

10.22124/jcr.2022.22133.1571

چکیده

در این پژوهش سعی شده است تا با اصلاح گرافن اکساید از طریق ساخت پلیمر به روشی جدید، ضمن برخورداری بیشتر از مزایای حضور آن در ترکیب بتن، معایب ایجاد شده به حداقل کاهش یابد. آزمایش‌های مقاومت کششی، فشاری و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) بر روی 54 آزمونه با طرح اختلاط یکسان و نسبت آب به سیمان 4/0 شامل نمونۀ شاهد، نمونۀ حاوی 03/0 درصد وزنی گرافن اکساید و نمونۀ حاوی 03/0 درصد وزنی گرافن اکساید اصلاح شده (کوپلیمر) انجام شد. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهند افزودن این کوپلیمر به بتن باعث افزایش مقاومت کششی 90 روزه از 12/3 به 33/4 مگا پاسکال (معادل 8/38 درصد) و افزایش مقاومت فشاری 90 روزه از 5/34 به 6/44 مگا پاسکال (معادل 3/29 درصد) گردیده است. همچنین روانی بتن حاوی کوپلیمر، 25 درصد بیشتر از بتن حاوی گرافن اکساید گردیده که نشان‌دهنده تأثیر مثبت آن در افزایش کارایی نسبت به بتن حاوی گرافن اکساید می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Study on the Effect of Polymer-Modified Graphene Oxide on the Mechanical Properties of Concrete

نویسندگان [English]

  • Maryam Ashouri 1
  • Ehsanollah Zeighami 2
  • Alireza Azarioon 3
  • Seyyed Mohammad Mirhosseini 2
  • Sattar Ebrahimi Yonesi 4
1 Ph.D. student, Department of Civil Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran.
3 Faculty of Malayer University, Civil Engineering Department
4 Associate Professor, Department of Chemistry, Malayer Branch, Islamic Azad University, Malayer, Iran.
چکیده [English]

In this research, it has been tried to reduce the disadvantages of GO to a minimum by modifying through the production of a polymer in a new way, while having more advantages of its presence in concrete compounds. Tensile, compressive strength and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) tests on 54 specimens with the same mix design and 0.4 water-cement ratio, including the control sample, the sample containing 0.03% by weight of graphene oxide, and the sample containing 0.03% of modified graphene oxide (copolymer) was done, the results show that adding this copolymer to concrete increases the 90-day tensile strength from 3.12 to 4.33 MPa (equivalent to 38.8%) and increases the 90-day compressive strength from 34.5 to 44.6 MPa (equivalent to 29.3%). Furthermore, the workability of concrete containing copolymer is 25% higher than concrete containing graphene oxide, which indicates its positive effect in increasing workability compared to concrete containing graphene oxide.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete
  • Graphene oxide
  • copolymer
  • tensile strength
  • compressive strength

مراجع

[1] Wang, Q.,Li, S.Y., Guo, Z.W., Pan,Sh.,” Synthesis and properties of a silane and copolymer-modified graphene oxide for use as a water-reducing agent in cement pastes,” New Carbon Materiales, 33 (2), 131–139, 2018.
]2[ محمدی، محمدرضا.، احمدی، جمال.، محمدی، سمیه.، "تأثیر نانو گرافن بر روی مشخصات مکانیکی و دوام بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند،" مجله تحقیقات بتن، سال دوازدهم، شماره اول، ص 109-118، 1398.
[3] Lv, SH., Deng, LJ., Yang, WQ., Zhou QF., Cui,  YY., “Fabrication of polycarboxylate/ grapheme oxide nanosheet composites by copolymerization for reinforcing and toughening cement composites,” Cement & Concrete Composites, 66, 1-9, 2016.
[4] Wang, Q., Wang, J., Lu, C., Liu, Zhang, K.,Li, C., “Influence of graphen oxide additions on the microstructure and mechanical strength of cement,” New Carbon Materials, 30(4),349-356, 2015.
[5] Qiu, L., Yang, X., Gou, X., Yang, W., Ma, Z F., Wallace, G. G., & Li, D.,” Dispersing carbon nanotubes with graphene oxide in water and synergistic effects between graphene derivatives,” Chemistry–A European Journal, 16(35), 10653-10658, 2010.
[6] Konstantin, S., Miguel, F.G.,”How Nanotechnology Can Change the Concrete World,” The American Ceramic Society, 84(11), 113-116, 2009.
[7] Gong, K., Pan, Z., Korayem, A. H., Qiu, L., Li, D., Collins, F., Duan, W. H.,”Reinforcing effects of graphene oxide on portland cement paste,” Journal of Materials in Civil Engineering, 27(2), A4014010, 2015. 
 [8] Lv, S., Ma, Y., Qiu, C., Sun, T., Liu, J., Zhou, Q.,”Effect of graphene oxide nanosheets of microstructure and mechanical properties of cement composites,” Construction and building materials, 49, 121-127, 2013.
[9] Zhu, Y., Murali, S., Cai, W., Li, X., Suk, J. W., Potts, J. R., Ruoff, R. S.,”Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications,” Advanced materials, 22(35), 3906-3942, 2010.
[10] Dikin, D. A., Stankovich, S., Zimney, E. J., Piner, R. D., Dommett, G. H., Evmenenko, G., Ruoff, R. S.,” Preparation and characterization of graphene oxide paper,” Nature, 448(7152), 457-460, 2007.
]11[ رادمان، آرش و جورابچی، نازنین.،" بررسی خواص مکانیکی و دوام بتن های حاوی اکسید گرافن،" یازدهمین کنگره مهندسی عمران. شیراز،  11و 12 اردیبهشت 98 ،دانشگاه شیراز.
[12] Lee, S.J., Jeong, S.H.,Kim, D.U.,Won, J.P.,” Graphene oxide as an additive to enhance the strength of cementitious composites,”Composite Structuers, 242, 1398.
[13] Valizadeh Kiamahalleh, M.,GHolampour, A.,Tran, D.N.H., Ozbakkaloglu, D.L.,”Physiochemical and mechanical properties of reduced grapheme oxide–cement mortar composites: Effect of reduced graphene oxide particle size,” Construction and Bilding Material, 250, 118832, 2020. 
]14 [سبزی پرور، امیرمحمد و حبیب نژاد، اصغر.،" بررسی عوامل موثربر اگلومراسیون GO درشرایط محیطی بتن تازه،" کنفرانس‌ملی کامپوزیتها در صنعت ساخت، دانشگاه علم و صنعت،1395.
[15] Wang,Q., Cui,X., Wang,J., Li, S.,Lv, C., Dong, Y.,”Effect of fly ash on rheological properties of grapheme oxide cement paste,”Construction & Building Materials,138,35-44, 2017.
[16] Shang,Y., Zhang,D., Yang,C., Liu, Y., “Effect of graphen oxide on the rheological properties of cement pastes,” Construction & Building Materials,96,20-28, 2015.
[17] Pan, Z., He, L., Qiu, L., Korayem, A.H., Li, G., Zhu, J.W.,” Mechanical properties and microstructure of a graphene oxide–cement composite,” Cement and Concrete Composites, 58, 140–147, 2015.
[18] Lv,S.h., Ma,Y.J., Qiu,C.C., Sun,T., Liu,J.J., Zhou.Q.F.,” Effect of graphene oxide nanosheets of microstructure and mechanical properties of cement composites,” Construction and Building Materials, 49, 121–127, 2013.
[19] Abdolhosseinzadeh, S., Asgharzadeh, H., & Seop Kim, H.,”Fast and fully-scalable synthesis of reduced graphene oxide,” Scientific reports, 5(1), 1-7, 2015.
[20] Ranjan, P., Agrawal, S., Sinha, A., Rao, T. R., Balakrishnan, J., & Thakur, A. D.,”A low-cost non-explosive synthesis of graphene oxide for scalable applications,” Scientific reports, 8(1), 1-13, 2018. 
[21] Singh, P. K., Sharma, K., & Singh, P. K., “A low cost, bulk synthesis of the thermally reduced graphene oxide in an aqueous solution of sulphuric acid & hydrogen peroxide via electrochemical method,” Inorganic Chemistry Communications, 140, 109378, 2022.
[22] Pavia, Donald L., Gary M. Lampman, George S. Kriz, and James A. Vyvyan. Introduction to spectroscopy. Cengage learning, 2014.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار