مدل سازی و بررسی آزمایشگاهی اثر نانو ساختارهای کربنی بر ریزساختار و خواص خمیر سیمان

راه ها و مسیرهای ارتباطی از زیر بخش های مهم و حیاتی شبکه های حمل و نقل محسوب می شوند. با افزایش ظرفیت و توان باربری راه ها می توان کارآمدی آنها را افزایش داد. بهبود عملکرد این زیرساخت مهم به عنوان پایه و اساس توسعه هر چه بهتر صنعت حمل و نقل، ضرورت می یابد. اخیراً ساخت روسازی های بتنی در کنار روسازی های آسفالتی اهمیت پیدا نموده است. خرابی روسازی های بتنی بیشتر از آنچه تحت تاثیر شرایط بارگذاری های ترافیکی باشد، متاثر از شرایط محیطی است. در همین راستا، بهبود دوام روسازی های بتنی در برابر شرایط نامطلوب محیطی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لذا در این تحقیق تاثیر نانو ساختارهای کربنی نظیر نانو لوله کربنی ، گرافن و اکسید گرافن بر بهبود خواص مکانیکی، دوام و پایداری کامپوزیت های سیمان با انجام آزمایش هایی چون مقاومت کششی، آزمایش تخلخل سنج جیوه ای، آنالیز tga ، آزمایش xrd و sem مورد ارزیابی قرار گرفته است. سپس بر اساس تحلیل های نهایی صورت گرفته نحوه تاثیر نانو لوله های کربنی در بهبود کیفیت ریزساختارهای خمیر سیمان و همچنین تاثیر آنها بر تخلخل و توزیع اندازه ای منافذ ماتریس سیمان با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی شده است؛ تا بتوان پارامترهای موثر را بهینه نمود. نتایج آزمایش کششی نشان داده است که تنها نانو لوله کربنی چند دیواره ساده و اکسید گرافن حاوی تنها 10 درصد گروه عاملی توانایی بهبود مقاومت کششی ملات سیمان را دارند. نانو لوله چند دیواره ساده در درصد بهینه 0/3 ، حدود 70 درصد و اکسید گرافن در درصد بهینه 1/5 درصد حدود 47 درصد مقاومت کششی ملات سیمان را افزایش داده است. مشاهدات fe-sem بر روی سطوح گسیختگی نمونه های حاوی0/3 درصد نانولوله چند دیواره و نمونه های حاوی 1/5 درصد اکسید گرافن حاکی از تامین پراکندگی مناسب نانو لوله ها و همچنین اکسید گرافن در ماتریس سیمان بوده است. در ضمن تصاویر fe-sem بدست آمده از نمونه های مذکور نشان داده اند که هم نانو لوله های کربنی و هم نانو ورقه های اکسیدگرافن دچار ترک و گسیختگی شده اند که این موضوع دلالت بر تحت کشش واقع شدن نانو مصالح مذکور و به تبع آن وجود مقاومت چسبندگی مناسب و به حد کفایت بین آنها و ماتریس سیمان می باشد. نتایج بدست آمده از آزمایش xrd حاکی از هسته سازی و رشد c-s-h ،فرآورده مطلوب هیدراتاسیون، در حضور نانو لوله چند دیواره کربنی و اکسید گرافن در ماتریس سیمان بوده است. افزایش میزان فراورده هیدراتاسیون هیدرات سیلیکات کلسیم (c-s-h) به معنای بهبود خصوصیات میکروسکوپی ماتریس سیمان و کاهش نفوذپذیری و در نتیجه بهبود دوام ماتریس سیمان می باشد. نتایج آزمایش mip نیز نشان داده است که نفوذ پذیری نمونه های حاوی 0/1 و 0/3 درصد نانولوله چند دیواره کربنی در مقایسه با سایر نمونه ها به خصوص نمونه شاهد و نمونه های حاوی درصدهای بالا، کمتر است. لذا می توان دید که نتایج آزمایش mip سازگاری کامل با نتایج آزمایش بدست آمده از xrd دارند. نتایج آزمایش tga نیز نشان داده است که میزان فرآورده¬های هیدراتاسیون سیمان c-s-h و ch در حضور نانو لوله های mwcnt بهیود یافته است. نتایج کارایی مدلسازی قطرهای بحرانی و آستانه وهمچنین نتایج کارایی مدلسازی phploss و ch loss با سنین 7، 14، 28 و 56 روز با استفاده از شبکه¬های عصبی مصنوعی، نشانگر دقت بالای آن در دو مرحله واسنجی و صحت سنجی می¬باشد.