پایان نامه تاثیر نانو ذرات بر روی بتن های الیافی

تعداد صفحات: 140 فرمت فایل: word کد فایل: 10003911
سال: 1391 مقطع: کارشناسی ارشد دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران
قیمت قدیم:۲۰,۶۰۰ تومان
قیمت: ۱۸,۵۰۰ تومان
دانلود مقاله
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه تاثیر نانو ذرات بر روی بتن های الیافی

      (گرایش سازه)

    پایان نامه

    برای دریافت درجه کارشناسی ارشد 

    چکیده:

    در این تحقیق اثر نانو ذرات آلومینا ، اکسید آهن و سیلیکا با درصد های 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. طرح های 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 0.45 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 300و400 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. طرح ها حاوی 0.2 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.

    فصل اول:

    مقدمه

     

    -1- 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 نانو متر باشد. خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرمهای متعددی که وجود دارند از جمله ذرات ، الیاف ، گلوله و . . . ) در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند . تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد.

    هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد ، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملکرد چند منظوره ، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.با توجه به نو ظهور بودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی آن ایجاد کنند.

    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 کشور ها 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 و نقش 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" نشان می 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 آن ها ، بیانگر تغییر در روش های ساخت و موادو مصالح 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 کار های موجود برای حل مشکل مذکور شناخته شده است. محصولاتی که با بکارگیری فناوری نانو تولید می شوند ، ویژگی های خاصی دارند و می توانند 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.

    نانو فناوری با کنترل مواد در مقیاس مولکولی امکان تهیه مصالح مناسب با ویژگی های 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 پلاستیزر ها ، 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 باعث  کاهش مصرف سیمان وکاهش مصرف انرژی می گردد.

     

    فصل دوم:

    کلیاتی در مورد تاریخچه نانو و نانو تکنولوژی

     

    2-1- نانو چیست؟

    از نگاه لغوی ، کلمه نانو به معنای یک میلیاردم (9-10 ) است و در اصل از یک واژه یونانی به معنای کوچک گرفته شده است.علامت اختصاری نانو در سیستم متریکn  می باشد. یک نانو متر یک هزارم میکرن یا یک میلیاردم متر است.

    2-2- نانو تکنولوژی و تاریخچه آن

    در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و بویژه دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کاربرد برد.

     

  • فهرست و منابع پایان نامه تاثیر نانو ذرات بر روی بتن های الیافی

    فهرست:

    فصل اول:مقدمه

    1-1- مقدمه................................................................................................................................................3

    فصل دوم: کلیاتی در مورد تاریخچه نانو و نانو تکنولوژی

    2-1- نانو چیست؟.......................................................................................................................................8

    2-2- نانو تکنولوژی و تاریخچه آن..............................................................................................................8

    2-2-1- برخی اهداف کلی در استفاده از فناوری نانو.................................................................................10

    2-2-2- تفاوت فناوری نانو با فناوری دیگر...............................................................................................11

    2-2-3- روش های ساخت در فناوری نانو.....................................................................11

    2-2-4- نقش نانو ساختارها در فناوری نانو...............................................................................................12

    2-2-5- انواع رویکردهای نانو تکنولوژی...................................................................................................13

    2-3- انواع نانو ذرات.................................................................................................................................14

    2-3-1- نانو ذرات نیمه رسانا (نقاط کوانتومی)..........................................................................................15

    2-3-2- نانو ذرات سرامیکی......................................................................................................................16

    2-3-3 نانو ذرات فلزی .............................................................................................................................17

    2-4- کاربرد نانو ذرات..............................................................................................................................17

    2-4-1- فناوری نانو در صنعت ساختمان..................................................................................................17

    2-4-2- فناوری نانو وپوشش های ساختمانی............................................................................................18

    2-4-3- نانو پوشش های سنگ وچوب......................................................................................................18

    2-4-4- سیمان های الیافی..........................................................................................................................19

    2-4-5- شیشه های خود تمیز شونده.........................................................................................................19

    2-4-6- شیشه های کنترل کننده انرژی.......................................................................................................20

    2-4-7- شیشه های محافظ در برابر آتش...................................................................................................20

    2-4-8- استفاده از نانو ذرات برای جلوگیری از یخ زدگی جاده ...............................................................20

    2-4-9- نانو لوله های کربنی......................................................................................................................22

    2-4-9-1- انواع نانولوله های‌ کربنی..........................................................................................................22

    2-4-9-2- ویژگی‌های نانولوله های کربنی................................................................................................23

    2-4-10- روکش‌های ضد خوردگی فولادی..............................................................................................25

    2-4-11- عایق حرارتی نانویی به صورت رنگ .......................................................................................26

    2-4-12- نانو ذرات رس.........................................................................................................................26

    2-5- انواع نانو ذرات متداول مورد استفاده  در بتن و عمران ....................................................................28

    2-5-1-  کاربرد نانو تیوب های کربنی در بتن........................................................................................28

    2-5-2- نانوسیلیس ها..............................................................................................................................29

    2-5-3- نانو ذرات اکسید آهن یا هماتیت................................................................................................30

    2-5-4- نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم......................................................................................................30

    2-6- سیمان و بتن بهبود یافته با استفاده از فناوری نانو ............................................................................31

    2-7- بتن الیافی و انواع الیاف..................................................................................................................35

    2-7-1- کاربرد های بتن الیافی..............................................................................................................39

    2-7-1-1- دالها.....................................................................................................................................39

    2-7-1-2- عرشه پلها............................................................................................................................40

    2-7-1-3- خمش در تیرها...................................................................................................................40

    2-7-2- انواع مختلف الیاف..................................................................................................................44

    2-7-2-1- الیاف مصنوعی....................................................................................................................45

    2-7-2-2- الیاف فلزی.........................................................................................................................46

    فصل سوم: بتن و اجزای تشکیل دهنده آن

    3-1-سنگ دانه ها.................................................................................................................................48

    3-1-1چسبندگی سنگدانه ها.................................................................................................................48

    3-1-2- مقاومت سنگدانه ها................................................................................................................49

    3-1-3- سختی.....................................................................................................................................50

    3-1-4- تخلخل وجذب آب دانه ها.....................................................................................................50

    3-1-5- انبساط حجمی ماسه................................................................................................................51

    3-1-6- تغییرات حجم سنگدانه ها.......................................................................................................51

    3-1-7- خواص حرارتی سنگ دانه ها..................................................................................................52

    3-1-8- مواد مضردرسنگدانه ها............................................................................................................52

    3-1-9- واکنش های قلیایی سنگ دانه ها..............................................................................................52

    3-1-10- اندازه سنگ دانه ها.................................................................................................................53

    3-1-11- دانه بندی مناسب برای بتن.....................................................................................................53

    3-1-12- مدول نرمی.............................................................................................................................54

    3-2- سیمان..........................................................................................................................................54

    3-2-1تاریخچه سیمان...........................................................................................................................54

    3-2-2- روشهای ساخت سیمان...........................................................................................................56

    3-2-2-1- روش تر و نیمه تر..............................................................................................................56                                                        

    3-2-2-2- روش نیمه خشک...............................................................................................................57                                                   

    3-2-2-3- روش خشک.......................................................................................................................57                                   3-2-3- انواع سیمان وکاربرد آن...........................................................................................................57

    3-2-3-1- سیمان پرتلند نوع 1 سیمان پرتلند معمولی..........................................................................57

    3-2-3-2- سیمان پرتلند نوع2 ..............................................................................................................58

    3-2-3-3- سیمان پرتلند نوع3 ..............................................................................................................58

    3-2-3-4- سیمان پرتلند نوع5 ..............................................................................................................58

    3-2-3-5- سیمان سفید..........................................................................................................................58

    3-2-3-6- سیمان سرباره ای ضد سولفات.............................................................................................58

    3-2-3-7- سیمان پرتلند – پوزولانی......................................................................................................58

    3-2-3-8- سیمان پرتلند – آهکی...........................................................................................................58

    3-2-3-9- سیمان بنائی...........................................................................................................................58

    3-2-3-10- سیمان نسوز 450 ...............................................................................................................58

    3-2-3-11- سیمان نسوز 500.................................................................................................................59

    3-2-3-12- سیمان نسوز 550.................................................................................................................59 

    3-2-3-13- سیمان هاى چاه نفت............................................................................................................59

    3-2-3-14- سیمان هاى پرتلند ضد آب..................................................................................................59

    3-2-3-15- سیمان های با گیرش تنظیم شده..........................................................................................59

    3-2-3-16- سیمان های رنگی.................................................................................................................60

    3-2-4-  سلامت سیمان ..........................................................................................................................60

    3-2-5-  ریزی سیمان...............................................................................................................................60

    3-2-6- زمان گیرش سیمان ....................................................................................................................61

    3-2-7- ضوابط الزامی انبار کردن و مصرف سیمان فله ای ....................................................................61

    3-2-8- ضوابط الزامی بسته بندی ،حمل ونقل وانبار کردن ،ومصرف سیمان های کیسه ای.................62

    3-3- کیفیت آب مورد نیاز در بتن...........................................................................................................64

    3-4- شناخت خصوصیات بتن و عوامل تاثیر گذار بر خواص مکانیکی و شیمیایی آن...........................66

    3-4-1- تاثیر درجه حرارت بر مقاومت بتن............................................................................................66

    3-4-2- تاثیر سنگدانه های درشت بر مقاومت بتن ................................................................................67

    3-4-3- خواص الکتریکی بتن.................................................................................................................68

    3-4-4- مقاومت ضربه ای بتن.................................................................................................................68

    3-4-5- پدیده خستگی در بتن................................................................................................................70

    3-4-6- تاثیر میزان آب در خصوصیات بتن............................................................................................71

    3-4-7- نحوه متراکم کردن بتن..............................................................................................................73

    3-4-8- آب انداختن بتن.........................................................................................................................75

    3-5- بررسی و تعریف انواع شرایط محیطی بتن....................................................................................77

    3-6- روش های حمل بتن.....................................................................................................................78

    3-7- بتن پاشی.......................................................................................................................................81

    3-8- بتن ریزی حجیم.............................................................................................................................84

    3-9- بتن با سنگ دانه های پیش آکنده....................................................................................................86

    2-10- بتن ریزی......................................................................................................................................87

    فصل چهارم: مصالح مصرفی

    4-1- مواد و مصالح مصرفی......................................................................................................................91

    4-1-1- مواد سیمانی................................................................................................................................91

    4-1-2- نانو آلومینا...................................................................................................................................91

    4-1-3- نانو اکسید آهن...........................................................................................................................91

    4-1-4- نانو سیلیکا..................................................................................................................................92

    4-1-5- سنگدانه ها..................................................................................................................................92

    4-1-6- آب..............................................................................................................................................93

    4-1-7- الیاف پلی پروپیلن.......................................................................................................................93

    4-1-8- فوق روان کننده...........................................................................................................................93

    4-2- طرح اختلاط....................................................................................................................................93

    4-2-1- نانوآلومینا.....................................................................................................................................94

    4-2-2- نانو اکسید آهن............................................................................................................................95

    4-2-3- نانو سیلیکا...................................................................................................................................96

    4- 3- ساخت و عمل آوری نمونه ها........................................................................................................97

    فصل پنجم: نتایج آزمایشها بر روی بتن های الیافی معمولی وبتن های الیافی حاوی نانو ذرات

    5-1- نتایج آزمایشات..............................................................................................................................100

    5-1-1- مقاومت فشاری نانو آلومینا........................................................................................................100

    5-1-2- مقاومت فشاری نانو اکسید آهن................................................................................................102

    5-1-3- مقاومت فشاری نانو سیلیکا............................................................................................105

    5-2- تاثیر فوق روان کننده ها بر روی بتن الیافی حاوی نانو آلومینا و نانو اکسید آهن...............108  5-2-1- تاثیرفوق روان کننده بر روی بتن های الیافی حاوی نانو آلومینا ..................................109

    5-2-2- تاثیرفوق روان کننده بر روی بتن های الیافی حاوی نانو اکسید آهن ............................113

    فصل ششم: نتیجه گیری

    6-1- نتیجه گیری.........................................................................................................................117

    2-6- منابع و مراجع......................................................................................................................118

    منبع:

     

    1- احمد مشحونی ،کاربرد نانو مواد در صنعت بتن آذر 1387.

    2- الیار ظفر خواه ،سید فرزان کاظمی ، محمد رضا توکلی زاده. تاثیر نانو سیلیس 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).

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت