مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

بررسی تغییرات مقاومت‌های مکانیکی و دوام بتن اصلاح شده با ترکیب‌های مختلف نانواکسید گرافن و نانوسیلیس در اثر حرارت بالا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
کمال نصیری 1
لیلا شهریاری 2
محمد کارکن 3
اکبر قنبری 3
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران
10.30478/jcsm.2025.528867.1391
چکیده
هدف این پژوهش، بررسی تأثیر هم‌افزایی نانو سیلیس و نانو اکسید گرافن بر خواص مکانیکی و دوام بتن در شرایط دمای زیاد است. به این منظور، تعداد ۱۶ طرح اختلاط مختلف بتن با مقادیر متفاوتی از نانوذرات طراحی و ساخته شد. نمونه‌های مکعبی با ابعاد ۱۵۰×۱۵۰×۱۵۰ میلی‌متر تهیه گردید و آزمایش‌های مقاومت فشاری و کششی در سنین ۷، ۲۸ و ۹۰ روزه انجام گرفت. نتایج حاصل نشان داد که افزودن ۳ درصد وزنی نانو سیلیس موجب بهبود مقاومت فشاری و کششی بتن تا حدود ۱۵ درصد گردید، در حالی که نانو اکسید گرافن، به‌ویژه در درصدهای بالاتر، منجر به کاهش مقاومت مکانیکی شد. تحت تأثیر حرارت ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد، مقاومت فشاری بتن به‌طور میانگین تا ۶۵ درصد کاهش یافت، و در نمونه‌های حاوی 3/0 درصد نانو اکسید گرافن، این افت به حدود ۸۰ درصد رسید. همچنین، جذب آب نمونه‌ها پس از حرارت‌دهی بین ۵۰ تا ۸۰ درصد افزایش یافت که بیانگر کاهش دوام بتن در این شرایط است. در مجموع، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از ترکیب نانو سیلیس و نانو اکسید گرافن، علیرغم بهبود نسبی مقاومت مکانیکی در برخی سنین، تأثیر چشمگیری در افزایش دوام بتن در برابر حرارت‌های زیاد ندارد.
کلیدواژه‌ها
نانو اکسید گرافن
نانو سیلیس
حرارت بالا
بتن
دوام و خواص مکانیکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Mechanical Resistance and Durability of Concrete Modified with Various Combinations of Graphene Nano-Oxide and Nano-Silica under High Temperature

نویسندگان English

Kamal Nasiri 1
leila shahryari 2
Mohammad Karkon 3
Akbar Ghanbari 3
1 Ph.D Student, Department of Civil Engineering, Lar.C., Islamic Azad University, Larestan
2 Associated Professor, Department of Civil Engineering, Shi.C., Islamic Azad University
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Lar.C., Islamic Azad University, Larestan, Iran
چکیده English

This study examines the combined effects of nanosilica and nanographene oxide on the mechanical performance and durability of concrete exposed to elevated temperature. Sixteen mix designs with varying nanoparticle contents were prepared. Cubic specimens (150×150×150 mm) were tested for compressive and tensile resistance at 7, 28, and 90 days. The inclusion of 3% wt nanosilica enhanced compressive and tensile resistance by approximately 15%. In contrast, nanographene oxide, particularly at higher amounts, led to a reduction in mechanical performance. Exposure to 900 °C resulted in an average 65% loss in compressive resistance, which reached around 80% in samples with 0/3 wt% nanographene oxide. Moreover, water absorption increased by 50–80% after heating, indicating reduced durability. Overall, while certain mixes with combined nanoparticles showed moderate improvements in early-age performance, their use did not significantly improve the long-term durability of concrete under thermal exposure.

کلیدواژه‌ها English

Graphene Nano-Oxide
Nano-Silica
Elevated Heat
Concrete
Durability and Mechanical Properties
1.      Baharavar,  S.R., Esmaeili, M. (2024). 'The effect of micro aluminum oxide and micro silica on the physical and chemical properties of very high strength concrete', New approaches in civil engineering, 8(1): 32-46,in persion.
2.      Hazrati, M., Khorsand A., Doroudi . M., Hamidi, M. (2017). 'Fabrication and characterization of reduced graphene oxide-zinc oxide nanocomposite and investigation of its potential for medical applications', Research on many-particle systems,7(13):61-70,in persion
3.      Khiabani, M., Javaheri, M.R. (2023) . ' Determining the mechanical properties of fiber concrete types at high temperatures', New approaches in civil engineering, 7(4):53-68.
4.      Moradi, M.S., Tavana, M.H.,Habibi, M.R.,Amiri, M. (2024), ' Investigating the effect of high temperatures on the mechanical properties of concretes containing different fibers', DOI: 10.22065/JSCE.2024.441324.3354. in persion.
5.      Namjouyan, Sh., Rajabi, A. (2019). ' Soroushzadeh, A., Aghaalikhani, M.,”Effect of nano-silica and tebuconazole on some physiological traits, growth and yield of white sugar beet under drought stress', Sugar beet,35(2):157-173.in persion.
6.      Ahmad, Jawad, and Zhiguang Zhou. (2023). 'Properties of concrete with addition carbon nanotubes: A review', Construction and Building Materials, 393: 132066.
7.      Barbhuiya, Gulzar H., Maaz Abdul Moiz, Syed Danish Hasan, and Mohd Moonis Zaheer. (2020). 'Effects of the nanosilica addition on cement concrete: A review', Materials Today: Proceedings, 32: 560-66.
8.      Bastos, Guillermo, Faustino Patiño-Barbeito, Faustino Patiño-Cambeiro, and Julia Armesto. (2016). 'Nano-inclusions applied in cement-matrix composites: A review', Materials, 9: 1015.
9.      Devasena, M, and V Sangeetha. 2021. 'Implications of nano-titanium dioxide incorporation in cement matrix: A review', Journal of The Institution of Engineers (India): Series D, 102: 567-73.
10.  Kalifa, Pierre, Francois-Dominique Menneteau, and Daniel Quenard. (2000). 'Spalling and pore pressure in HPC at high temperatures', Cement and Concrete Research, 30: 1915-27.
11.  Krishnaraja, AR, P Kulanthaivel, P Ramshankar, Vincent Herald Wilson, Ponnusamy Palanisamy, S Vivek, V Sampathkumar, P Ganeshan, MC Sashikkumar, and K Raja. (2022). 'Performance of polyvinyl alcohol and polypropylene fibers under simulated cementitious composites pore solution', Advances in Materials Science and Engineering, 2022: 9669803.
12.  Luhar, Salmabanu, Ismail Luhar, and Faiz Shaikh. (2022). 'Nano-modified green cementitious composites.' in, Recent Advances in Nano-Tailored Multi-Functional Cementitious Composites (Elsevier).
13.  Zhan, Peimin, Jing Xu, Juan Wang, Junqing Zuo, and Zhihai He. (2022). 'A review of recycled aggregate concrete modified by nanosilica and graphene oxide: Materials, performances and mechanism', Journal of Cleaner Production, 375: 134116.
14.  Zhang, SP, and L Zong. (2014). 'Evaluation of relationship between water absorption and durability of concrete materials', Advances in Materials Science and Engineering, 2014: 650373.
15.  Rao PT, Prakash J, Alexander R, Shinde MJ, and Dasgupta K. (2024). Role of graphene oxide infusion in concrete to elevate strength and fire performance in construction concrete. Diamond & Related Materials, 147:111269.
16.  Singh H, and Tiwary AK. (2024). Influence of Nanosilica and Ground Granulated Blast Furnace Slag on Mechanical and Durability Properties of Blended Concrete over Varied Fire Durations. J. Mater. Civ. Eng., 36(9):04024260.
17.  Han S, Hossain MS, Ha T, and Yun KK. (2024). Performance of carbon nanomaterials incorporated with concrete exposed to high temperature. Nanotechnology Reviews, 13:20240036.
18.  Ramana I, and Parthasarathi N. (2025). Synergistic effects of fly ash and graphene oxide composites at high temperatures and prediction using ANN and RSM approach. Sci. Rep., 15:1604.
19.  Shahpari M, Khaloo A, Rashidi A, Saberian M, and Li J. (2023). Synergetic effects of hybrid nano-blended cement on mechanical properties of conventional concrete: Experimental and analytical evaluation. Structures, 48:1519-1536.
20.   Nasehi, M., Amiri, M., Malekinejad ., M. (2023), 'Investigating the effect of using nanosilica on the mechanical properties of cement-sand mortar under the influence of heat with a view to changes in cement nanostructures', Concrete research,16(1): 57-72. in persion.
21.  Mobini, M.H., Khaloo, A.R. (2020). 'Investigating the effect of using pyrogenic silica nanoparticles on the resistance of reinforced concrete against corrosion of rebars buried in concrete', Sharif Civil Engineering,36-2(4.2):81-90.in persion.
 

  • تاریخ دریافت 17 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 10 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 11 آذر 1404