نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، کرمان، ایران

2 عضو هیئت علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، کرمان، ایران

چکیده

امروزه به‌طور وسیعی از پوزولان‌ها به ‌عنوان مواد جایگزین سیمان استفاده می‌شود. عملکرد بسیار مطلوب دوده سیلیسی در ارتقاء خواص مکانیکی و دوام بتن و پیشرفت‌های اخیر نانوتکنولوژی سبب جلب توجه جامعه مهندسی برای استفاده از نانوسیلیس‌ها در ارتقاء خواص بتن شده است. در دهه‌های اخیر حجم گسترده‌ای از مطالعات به بررسی تأثیر نانوسیلیس ها بر خواص موادپایه سیمانی پرداخته‌اند. استفاده از نانوسیلیس به عنوان پوزولان جایگزین سیمان، در بسیاری از موارد بهبود خواص از جمله خواص مکانیکی و دوام را نشان داده و باعث افزایش عمر مفید سازه‌های بتنی شده است. البته با توجه به گستردگی انواع نانو سیلیس‌ها مطالعه بر روی برخی از انواع آن‌ها کمتر صورت گرفته است. از جمله نانو سیلیس‌هایی که بسیار کم مورد بررسی قرار گرفته‌اند، ژل‌های نانو سیلیس هستند. این مواد می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای به ویژه در ملات‌های خشک پیدا کنند. هدف از انجام این مطالعه ارائه روشی برای تولید ژل نانو سیلیس و همچنین بررسی تاثیر آن روی خواص ملات‌های سیمانی می باشد. نتایج نشان دهنده عملکرد مناسب ژل نانوسیلیس در روند کسب مقاومت فشاری در سنین اولیه می‌باشد. همچنین بهبود در ریزساختار به سبب کاهش نفوذ پذیری آب و یون‌های کلراید مشاهده می‌گردد. بهبود خواص مقاومتی و ریز ساختار با افزایش درصد جایگزینی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Investigation of Nano Silica Gel and Silica Fume on the Properties of Cement Based Materials

نویسندگان [English]

  • Mohammad Koshafar 1
  • Hesam Madani 2

1 M.Sc. Student, Kerman Graduate University of Technology, Kerman, Iran

2 Assistant Professor, Dept. of Civil Engineering, Kerman Graduate University of Technology, Kerman, Iran

چکیده [English]

Nowadays, pozzolans are used as cement replacement materials. In recent decades, a large number of studies have investigated the effect of nano silica on the properties of cement based materials. In many cases it has been shown that the use of nano silica as a pozzolan could improve the properties such as mechanical properties and durability of concrete and it has caused to increase service life of structures. Due to the large variety of nano-silica, some of them such as nano silica gel have been studied scarcely. Nano silica gel could have widespread applications, especially in dry mortars. The aim of this study is to provide a method for the production of nano-silica gels and their effects on the properties of cement mortars. The results indicate the good performance of nano silica gel in the process of compressive strength development at early ages. Furthermore, the microstructure was improved considering the results of water permeability and Rapid chloride Migration Test (RCMT) at 28days. By increasing the percent of substitution, strength properties and microstructure were improved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano Silica Gel
  • Silica fume
  • Compressive strength
  • Durability
  • Cement Based Materials

[1] Li G. Properties of high-volume flyash concrete incorporating Nano-SiO 2. Cem Concr Res 2004;34(6):1043–9.

[2] Ye Q, Zhang Z, Kong D, et al. Influenceof nano-SiO 2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume. Constr Build Mater 2007;21(3):539–45.

[3] Korpa A, Kowald T, Trettin R. Hydration behaviors, structure and morphology of hydration phases in advanced cement-based systems containing micro and nanoscale pozzolanic additives. Cem Concr Res 2008;38(7):955–62.

[4] Mondal P, Shah SP, Marks LD, et al. Comparative study of the effects of microsilica and nanosilica in concrete. Transp Res Rec: J Transp Res Board (2141) 2010:6–9.

[5] Bjornstrom J, Martinelli A, Matic A, et al. Accelerating effects of colloidal nano- silica for beneficial calcium silicate hydrate formation in cement. Chem Phys Lett 2004;392(1–3):242–8.

[6] Shih J-Y, Chang T-P, Hsiao T-C. Effect of nano-silica on characterization of Portland cement composite. Mater Sci Eng A 2006;424(1–2):266–74.

[7] Dolado JS, Campillo I, Erkizia E, et al. Effect of nano-silica additions on belite cement pastes held in sulfate solutions. J Am Ceram Soc 2007;90(12):3973–6.

[8] Madani H., Bagheri A., Parhizkar T. (۲۰۱۳) “The pozzolanic reactivity of monodispersed nanosilica hydrosols and their influence on the hydration characteristics of Portland cement”, Cement and concrete research, ۴۲ (۱۲), ۱۵۶۳–۱۵۷۰.

[9] Zhuravlev.LT, The surface chemistry of amorphous silica. Zhuravlev model, Colloids and Surfaces,. A: Physicochemical and Engineering Aspects. 173(2000), 1-38.

[10] Jo.BW, Kim.CH, Lim.JH, characteristics of cement mortar with nano-SiO2 particles, ACI Materials Journal.104(2007).

 [11] رمضانیان پور ع، فیروز مکانش، عبادی ت، بهرامی ح، تأثیر نانو سیلیس بر خصوصیات مکانیکی و دوام بتن، ششمین کنگره ملی مهندسی عمران 1390.

[12] Kong.D, Du.X, Wei.S, Zhang.H Yang.Y, ShahS.B, Influence of nano-silica agglomeration on microstructure and properties of the hardened cement-based materials, Construction and Building Materials 37 (2012) 707–715.

[13] Rahaman.M.N, “Ceramic Processing and sintering”, 2nd ed, Marcell Dekker,Inc, 2003.

[14] Mitchelle.D.R.G, Hinczak.I, Day.R.A, “Interaction of silica fume with calcium hydroxide solutions”, Cement and Concrete Research, Vol. 28, No. 11, pp. 1571- 1584, 1998.

[15] Diamond.S, Sahu.S, “Densified silica fume: particle size and dispersion in concrete”, Materials and Structures 39, pp. 849- 859, 2006.

[16] H. Li et al., Microstructure of cement mortar with nano-particles. Composites: Part B, 35, 185–189 (2004).

[17] H. Li, H. Xiao, J. Ou, A study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials. Cement and Concrete Research, 34, 435–438 (2004).

[18 Diamond.S, Sahu.S, Densified silica fume: particle size and dispersion in concrete, Materials and Structures. 39(2006), 849-859.

[19]. A. N. Givi et al, The effects of lime solution on the properties of SiO2 nanoparticles

binary blended concrete. Composites: Part B, 42, 562–569 (2011).

[20] B.-W. Jo et al, Characteristics of cement mortar with nano-SiO2 particles. Construction and Building Materials, 21, 1351–1355 (2007).

[21] M. Khanzadi, Infl uence of Nano-Silica Particles on Mechanical Properties and Permeability of Concrete. 2nd International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies. June 28-30, Ancona, Italy, (2010).

[22] G. Li: Properties of high-volume fl y ash concrete incorporating nano- SiO2. Cement and Concrete Research, 34, 1043–1049 (2004).

[23] H. Li et al., Microstructure of cement mortar with nano-particles. Composites: Part B, 35, 185–189 (2004).

[24] H. Li, H. Xiao, J. Ou, A study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials. Cement and Concrete Research, 34, 435–438 (2004).

[25] Y.Qing et al, Infl uence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume. Construction and Building Materials, 21, 539–545 (2007).

[26] Oltulu, M. and R. Sahin, Single and combined effects of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-Fe2O3 powders on compressive strength and capillary permeability of cement mortar containing silica fume Materials Science and Engineering: A, 2011. 528(22-23): p. 7012-7019.

[27] Chandra.S, Maiti.SC. Improved properties of cement mortar and concrete with colloidal silica, Proceeding of sixth NCB international seminar on cement and building materials, New Delhi, ed: in: National Council for Cement and Building Materials, The Council, 1998, 24-27.

[28] G. Quercia , A. Lazaro , J.W. Geus , H.J.H. Brouwers. Characterization of morphology and texture of several amorphous nano-silica particles used in concrete. Cem Concr Res  2013.

[29] Tao Ji ,“ Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2” , Cement and Concrete Research , Vol 35 , 2005, pp 1943 – 1947.

[30] خالو. ع و حسینی. پ، بررسی رابطه بین مقاومت فشاری و ریزساختار ملات سیمان حاوی پوزولان و نانو ذرات، فصل نامه انجمن بتن ایران، شماره 30 (1387)، 17-22.

[31] Khanzadi, M., M. Tadayon, and H. Sepehri, Influence of nano silica particles on mechanical properties and permeability of concrete, in second international conference on sustainable construction materials and technologies. 2010: Ancona Italy.

[32] صدرممتازی. ع، فصیحی. ع، میرگذارلنگرودی. م.ع، استفاده از نانوسیلیس جهت بهبود خواص سیمان‌های کامپوزیت حاوی دوده سیلیسی، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، 1388.

[33] Sobolov.K, Flores.I, Hermosillo.R, Torres-Martinez.L.M, "Nanomaterials and nanotechnology for high-performance cement composites", Proceedings of ACI on nanotechnology of concrete: recent developments and future perspectives, 2006.

[33] ASTM C1585-04, Standard Test Method for Measurement of Rate of Absorption of Water by Hydraulic-Cement Concretes, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2004.

[34] NT Build 492, Concrete Mortar and Cement-based Repair Materials-Chloride Migration Coefficient from Non-steady-state Migration Experiments. NT Build 492, 1999.

[35] Berra M, Carassiti F, Mangialardi T, Paolini AE, Sebastiani M. Effects of nanosilica addition on workability and compressive strength of Portland cement pastes. Constr Build Mater 2012;35:666–75.