نوع فایل: word
تعداد صفحات: 130 صفحه
چکیده:
در این تحقیق اثر نانو ذرات آلومینا، اکسیدآهن و سیلیکا با درصدهای مختلف بر روی مقاومت فشاری بتن الیافی مورد بررسی قرار داده شده است همچنین تاثیر استفاده یا عدم استفاده از فوق روان کننده بر روی نتایج حاصل بررسی گردیده است. بدین منظور از نمونه های مکعبی 10 سانتی متری استفاده گردید. طرحهای بتنی حاوی (0و1و2و4 درصد) وزنی سیمان نانو اکسید آهن و نمونه های دیگر بتنی حاوی (0و1و2و4 درصد) وزنی سیمان نانو آلومینا می باشند. همچنین از نمونه های بتنی حاوی (0و2و4و8 درصد) وزنی سیمان نانو سیلیکا استفاده گردیده است. تمامی طرح ها با نسبت آب به سیمان 45/0 و از هر طرح 3 نمونه تهیه گردیده است. عیار سیمان در نمونه های حاوی نانو آلومینا و اکسید آهن 300 و در نمونه های حاوی نانو سیلیکا 300 و400 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. طرح ها حاوی 2/0 درصد وزنی سیمان الیاف پلی پروپیلن می باشند. بر مبنای نتایج حاصل از مقاومت فشاری 7 و 28 روزه شاهد بهبود و افزایش چشمگیر مقاومت فشاری، با افزایش میزان نانو ذرات می باشیم.
مقدمه:
استفاده از نانو ذرات در ساخت مواد و مصالح روز به روز در حال افزایش است تاثیر چشمگیر این نوع ذرات بر روی مقاومت و خصوصیات دیگر بتن باعث شده تا تحقیقات در مورد انواع نانو ذرات روز به روز افزایش پیدا کند.
نانو ذرات به موادی اطلاق می شود که حداقل یک بعد آن (طول ، عرض و ضخامت) زیر 100 نانومتر باشد. خواص فيزيكي و شيميايي مواد نانو (در شكل و فرمهاي متعددي كه وجود دارند از جمله ذرات، الياف، گلوله و. . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپي تفاوت اساسي دارند. تغييرات اصولي كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواص جديد آنها در سطح مقياس نانو مي باشد.
هدف نهايي از بررسي مواد در مقياس نانو، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكرد بالا مي باشدكه آنها را مي توان به عنوان مصالحي با عملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملكرد چند منظوره، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي مي باشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربردهاي گوناگوني را ارائه نمايند. با توجه به نو ظهور بودن چنين موادي مي توانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازي آن ايجاد كنند.
نانو فناوری اگر چه دانش نوپایی است ولی در همین زمان کوتاهی که از آغاز حیات آن می گذرد امید های بسیاری را برای ایجاد تغییرات بنیادی و کارآمد در رشته های مختلف علوم و فنون به وجود آورده است. با وجود اینکه آزمایشات و تحقیقات پیرامون نانو تکنولوژی از ابتدای دهه هشتاد به طور جدی پیگیری شد اما اثرات باور نکردنی و معجزه آسای آن به سرعت نظر سیاست گذاران و برنامه ریزان کلان بسیاری از کشورها را به خود جلب کرد و این فناوری به یکی از مهمترین و اصلی ترین اولویت های تحقیقاتی بسیاری از کشور ها تبدیل شد. تاثیر این فناوری بر اکثر صنایع و فناوری های موجود ونقش کلیدی آن در رشد و پیشرفت صنایع و علوم مختلف،این اعتقاد را که متخصصان رشته های مختلف بدون گرایش به مباحث نانو در دهه های آینده، فرصتی برای رشد نخواهند داشت را فراگیر کرده و هر روز این اعتقاد را بیش از پیش تقویت می کند بنابراین هر دانش و کشوری که به دنبال توسعه باشد ناگزیر از ورود و سرمایه گذاری در زمینه نانو فناوری است.
بررسی ها و مطالعات صورت گرفته در پروژه ی " برنامه ی کانادا درباره بهداشت جهانی ژنومیک" نشانمی دهد که حوزه معماری وعمران و ساخت و ساز به عنوان یکی از ده حوزه کاربردی که بیشترین تاثیر را در توسعه جهانی دارد، از لحاظ بهره مندی ازفناوری نانو، رتبه هشتم را دارد. نوع مشکلاتی که در این صنعت با آن مواجه هستیم، از کمبود منابع، مشکلات مربوط به تولید محصولات و همچنین هدر رفت آن در صنایع و ساختمان ها گرفته تا کندی مراحل اجرا، عمر سازه ها و دوام آنها، میزان مقاومت و وزن آنها، بیانگر تغییر در روش های ساخت و مواد ومصالح ساختمانی است به این ترتیب استفاده از نانو فناوری برای ساخت مواد و مصالح ساختمانی که خود موجب تغییر در فرآیند طراحی و ساخت می شود به عنوان یکی از گزینه ها و راه کارهای موجود برای حل مشکل مذکور شناخته شده است. محصولاتی که با بکارگیری فناوری نانو تولید می شوند، ویژگی های خاصی دارند و میتوانند مشکلات موجود در زمینه ساخت و ساز را حل کرده و نیازمندی ها و الزامات و سازماندهی فرآیند های ساخت و ساز را حل کرده و نیازمندی ها و الزامات و سازماندهی فرایند های ساخت و ساز را تغییر بدهند.
نانوفناوری با کنترل مواد در مقیاس مولکولی امکان تهیه مصالح مناسب با ویژگیهای مورد نظر در بخش های مختلف ساختمان و تاسیسات و تجهیزات را فراهم کرده است. عمر زیاد، ضربه پذیری زیاد، مقاومت زیاد، شکنندگی کم، تغییر شکل های ناچیز از جمله ویژگی های مصالح ساخته شده با بهره گیری از فناوری نانو است. برخی از نتایج کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان عبارتند از:
1- سازه های سبک تر و مقاوم تر
2- ساخت مصالح بسیار مقاوم در برابر نشت که می توانند در ساخت تاسیسات ساختمانی به کار گرفته شوند.
3- بهبود عملکرد اتصالات لوله های آب
4- بهبود مقاومت فشاری و کششی و خمشی مصالح
5- مقاوم سازی مصالح
6- بهبود عملکرد عایق های صوتی
7- شیشه های خود تمیز شونده که مشکل تمیز کردن نمای شیشه ای و پنجره ها به خصوص در ساختمان های بلند را از بین می برد.
موارد فوق تنها بخشی از ویژگی هایی است که به کمک فناوری نانو دست یافتنی است. استفاده از این فناوری در ساخت و ساز می تواند علاوه بر جلوگیری از اتلاف منابع گوناگون در بخش های مختلف و همچنین استفاده بهینه انرژی در ساختمان ، به افزایش عمر مفید ساختمان و مقاوم سازی آن در برابر صدا، رطوبت، حرارت، زلزله و دیگر حوادث غیره مترقبه (با صرفه اقتصادی) کمک کند. همچنین به کارگیری محصولات نانو در صنعت ساخت و ساز علاوه بر صرفه جویی در مواد و منابع سبب صرفه جویی در میزان انرژی مصرفی و نیروی انسانی در طول دوران ساخت و بهره برداری ساختمان خواهد شد.
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی در خصوص افزودن نانو ذرات به سیمان انجام گرفته است. نانو ذرات افزودنی به سیمان می توانند از نوع ترکیبات تشکیل دهنده خود سیمان(اکسید سیلیس، اکسید آهن، آلومینا) باشند و هم از ترکیباتی دیگر (برای مثال کربو نانو تیوب) که در جهت ایجاد خواصی مشخص و معین در سیمان، کاربرد دارند. ترکیب و مونتاژ مواد در اندازه های نانو، امکان پیشرفت افزاینده های سیمانی جدید مثل سوپر پلاستیزرها، ذرات نانو و تقویت کننده های نانویی را ممکن می سازد. خمیر های سیمانی ساخته شده از ذرات سیمانی با اندازه های نانویی در زمان کمتری شکل می گیرند و در مقایسه با خمیر های آماده شده از سیمان معمولی قدرت اولیه، تراکم و فشردگی بیشتری دارند.
در حال حاضر در کشور چین بیشترین تحقیقات در جهت بررسی خواص نانو ذرات صورت می گیرد. لذا بسیاری از مقالات معتبر در خصوص بررسی خواص نانو ذرات مربوط به دانشگاه های این کشور می باشد. به طور کلی افزودن نانو ذرات به سیمان علاوه بر تاثیرات چشمگیری که بر روی مقاومت و خواص سیمان می گذارد باعثکاهش مصرف سیمان وکاهش مصرف انرژی می گردد.
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمهفصل دوم: کلیاتی در مورد تاریخچه نانو و نانو تکنولوژی
2-1- نانو چیست؟2
-2- نانو تکنولوژی و تاریخچه آن
2-2-1- برخی اهداف کلی در استفاده از فناوری نانو
2-2-2- تفاوت فناوری نانو با فناوری دیگر
2-2-3- روش های ساخت در فناوری نانو
2-2-4- نقش نانو ساختارها در فناوری نانو
2-2-5- انواع رویکردهای نانو تکنولوژی
2-3- انواع نانو ذرات
2-3-1- نانو ذرات نيمه رسانا (نقاط كوانتومي)
2-3-2- نانو ذرات سراميكي
2-3-3 نانو ذرات فلزي
2-4- کاربرد نانو ذرات
2-4-1- فناوری نانو در صنعت ساختمان
2-4-2- فناوری نانو وپوشش های ساختمانی
2-4-3- نانو پوشش های سنگ وچوب
2-4-4- سیمان های الیافی
2-4-5- شیشه های خود تمیز شونده
2-4-6- شیشه های کنترل کننده انرژی
2-4-7- شیشه های محافظ در برابر آتش
2-4-8- استفاده از نانو ذرات برای جلوگیری از یخ زدگی جاده
2-4-9- نانو لوله های کربنی
2-4-9-1- انواع نانولوله هاي کربني
2-4-9-2- ويژگي‌هاي نانولوله هاي کربن
2-4-10- روكش‌های ضد خوردگی فولادی
2-4-11- عایق حرارتی نانویی به صورت رنگ
2-4-12- نانو ذرات رس
2-5- انواع نانو ذرات متداول مورد استفادهدر بتن و عمران
2-5-1-کاربرد نانو تیوب های کربنی در بتن
2-5-2- نانوسیلیس ها
2-5-3- نانو ذرات اکسید آهن یا هماتیت
2-5-4- نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم
2-6- سیمان و بتن بهبود یافته با استفاده از فناوری نانو
2-7- بتن الیافی و انواع الیاف
2-7-1- کاربرد های بتن الیافی
2-7-1-1- دالها
2-7-1-2- عرشه پلها
2-7-1-3- خمش در تیرها
2-7-2- انواع مختلف الیاف
2-7-2-1- الیاف مصنوعی
2-7-2-2- الیاف فلزیفصل سوم: بتن و اجزای تشکیل دهنده آن
3-1- سنگ دانه ها
3-1-1- چسبندگی سنگدانه ها
3-1-2- مقاومت سنگدانه ها
3-1-3- سختی
3-1-4- تخلخل وجذب آب دانه ها
3-1-5- انبساط حجمی ماسه
3-1-6- تغییرات حجم سنگدانه ها
3-1-7- خواص حرارتی سنگ دانه ها
3-1-8- مواد مضردرسنگدانه ها
3-1-9- واکنش های قلیایی سنگ دانه ها
3-1-10- اندازه سنگ دانه ها
3-1-11- دانه بندی مناسب برای بتن
3-1-12- مدول نرمی
3-2- سیمان
3-2-1- تاریخچه سیمان
3-2-2- روشهاي ساخت سيمان
3-2-2-1- روش تر و نيمه تر
3-2-2-2- روش نيمه خشک
3-2-2-3- روش خشک
3-2-3- انواع سیمان وکاربرد آن
3-2-3-1- سيمان پرتلند نوع 1 سيمان پرتلند معمولی
3-2-3-2- سيمان پرتلند نوع2
3-2-3-3- سيمان پرتلند نوع
3 3-2-3-4- سيمان پرتلند نوع5
3-2-3-5- سيمان سفيد
3-2-3-6- سيمان سرباره ای ضد سولفات
3-2-3-7- سيمان پرتلند پوزولانی
3-2-3-8- سيمان پرتلند آهکی
3-2-3-9- سيمان بنائی
3-2-3-10- سيمان نسوز 450
3-2-3-11- سيمان نسوز 500
3-2-3-12- سيمان نسوز 550
3-2-3-13- سيمان هاى چاه نفت
3-2-3-14- سيمان هاى پرتلند ضد آب
3-2-3-15- سيمان های با گيرش تنظيم شده
3-2-3-16- سيمان های رنگی
3-2-4-سلامت سیمان
3-2-5-ریزی سیمان
3-2-6- زمان گیرش سیمان
3-2-7- ضوابط الزامی انبار کردن و مصرف سیمان فله ای
3-2-8- ضوابط الزامی بسته بندی، حمل ونقل وانبار کردن ومصرف سیمان های کیسه ای
3-3- کیفیت آب مورد نیاز در بتن
3-4- شناخت خصوصیات بتن و عوامل تاثیر گذار بر خواص مکانیکی و شیمیایی آن
3-4-1- تاثیر درجه حرارت بر مقاومت بتن
3-4-2- تاثیر سنگدانه های درشت بر مقاومت بتن
3-4-3- خواص الکتریکی بتن
3-4-4- مقاومت ضربه ای بتن
3-4-5- پدیده خستگی در بتن
3-4-6- تاثیر میزان آب در خصوصیات بتن
3-4-7- نحوه متراکم کردن بتن
3-4-8- آب انداختن بتن
3-5- بررسی و تعریف انواع شرایط محیطی بتن
3-6- روش های حمل بتن
3-7- بتن پاشی
3-8- بتن ریزی حجیم
3-9- بتن با سنگ دانه های پیش آکنده
2-10- بتن ریزی
فصل چهارم: مصالح مصرفی
4-1- مواد و مصالح مصرفی
4-1-1- مواد سیمانی
4-1-2- نانو آلومینا
4-1-3- نانو اکسید آهن
4-1-4- نانو سیلیکا
4-1-5- سنگدانه ها
4-1-6- آب
4-1-7- الیاف پلی پروپیلن
4-1-8- فوق روان کننده
4-2- طرح اختلاط
4-2-1- نانوآلومینا
4-2-2- نانو اکسید آهن
4-2-3- نانوسیلیکا
4- 3- ساخت و عمل آوری نمونه ها
فصل پنجم: نتایج آزمایشها بر روی بتنهای الیافی معمولی وبتنهای الیافی حاوی نانو ذرات
5-1- نتایج آزمایشات
5-1-1- مقاومت فشاری نانو آلومینا
5-1-2- مقاومت فشاری نانو اکسید آهن
5-1-3- مقاومت فشاری نانوسیلیکا
5-2- تاثیر فوق روان کننده ها بر روی بتن الیافی حاوی نانو آلومینا و نانو اکسید آهن
5-2-1- تاثیرفوق روان کننده بر روی بتنهای الیافی حاوی نانوآلومینا
5-2-2- تاثیرفوق روان کننده بر روی بتنهای الیافی حاوی نانو اکسید آهن
فصل ششم: نتیجه گیری
6-1- نتیجه گیری
2-6- منابع و مراجع
منابع و مأخذ:
1- احمد مشحونی، کاربرد نانو مواد در صنعت بتن آذر 1387.
2- الیار ظفر خواه، سید فرزان کاظمی، محمد رضا توکلی زاده. تاثیر نانوسیلیس بر گیرش و مقاومت فشاری ملاتهای سیمانی.
3- محدیه محمدی، حمید خرسند. سنتز نانو سیلیکا، بهار 1390.
4- حسین علی بیگی، مرتضی حسین علی بیگی، امید لطفی عمران، ایمان محمد پور نیک بین ، زهره رحمانی. بررسی جنبه های گوناگون تاثیر تکنولوژی نانو بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن اردیبهشت 1390.
5-Li H , Xiao HG ,Yuan J Microstructure of cement mortar with nano-particles , Composite Part B : Engineering 2003
6-Lu P, Young JF Hot pressed DSP cement paste ,Material Research Society Symposium Proceedings 1992
7-Kuo WT , Lin KL , Chang Wc, Luo HL , Effects of Nano-materials on Properties of Waterworks Sludge, Ash Cement Paste , Journal of Indian Engineering Chemistry 702-709
8-Qing Y, Zenan Z and Rongshen Ch, Influence of nano-sio2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume, Construction and Building Materials 2007.
9-H Zhang and Qu J P Abrasion Resistance Of Concrete Containing Nano-particle For Pavement, pp 1262-1266.
10- Jeng-ywan , Ta-peng, C. & Tien-chin, H. Effect of nano silica on characterization of Portland cement Materials Science and Engineering A, pp 266-274.
11- Toutanji H.A .Properties of polypropylene fiber reinforced silica fume expansive cement concrete.
Construction and Building Materials, Vol. 13 , pp 171-177, 1999
12-Ji T .Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-sio2. Cement Concrete Research, Vol.35, pp. 1943-1947 (2005).