عملکرد نانو صفحات گرافن‌اکساید در دیسپرسیون نانوذرات اکسید سیلیس و تأثیر آن بر خصوصیات مکانیکی ملات سیمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 گروه سازه، زلزله و مدیریت ساخت، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در مطالعه حاضر مکانیزم رسوب‌گذاری نانو ذرات اکسید سیلیس (NS) بر روی نانو صفحات گرافن ‌اکساید (GO) از طریق هیدرولیز Tetraortho silicate (TEOS) در محلول آب و الکل و عملکرد آن در ملات سیمانی مورد بررسی قرار گرفته ‌است. در بخش اول این پژوهش نحوه برهم‌کنش‌های احتمالی مابین نانو ذرات، به کمک طیف‌سنج پرتوهای مرئی (Uv-Vis) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و در بخش دوم خصوصیات مکانیکی ماده کامپوزیت متشکل از نانو سیلیس و گرافن‌اکساید (NS&GO) توسط تکنیک شبیه‌سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت کاربرد نانو ذرات به‌صورت منفرد و کامپوزیت بر خصوصیات مکانیکی ملات‌های حاوی پوزولان‌های طبیعی و فاقد آن مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. بهبود دیسپرسیون ذرات نانوسیلیس بر روی صفحات گرافن‌اکساید بدون استفاده از سورفکتانت‌ها در تصاویر TEM قابل رؤیت است. همچنین نتایج شبیه‌سازی دینامیک مولکولی افزایش 75 درصدی مقدار تنش قابل تحمل و افزایش 250 درصدی مدول یانگ ماده کامپوزیت نسبت به نانوسیلیس منفرد را گزارش می‌دهد. مقاومت فشاری و کششی 28 روزه ملات‌های حاوی کامپوزیت نانو مواد نیز به ترتیب با افزایش 31% و 100% نسبت به طرح کنترل همراه بوده است. در یک نتیجه‌گیری کلی دیسپرسیون و توزیع مناسب نانوذرات، خاصیت هسته‌زایی نانوسیلیس، خاصیت پل‌زنی گرافن‌اکساید در کنار فعالیت بالای پوزولان‌ زئولیت موجب عملکرد مناسب ملات ZNS&GO گردیده ‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of nano graphene oxide sheets on the dispersion of nano silica particles and its influence on the mechanical properties of mortars

نویسندگان [English]

  • Aliakbar Ramezanianpor 1
  • Mohammad Mahdi Zaeri Amirani 2
  • Sajjad Mirvalad 3
1 Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology
2 MSc student, School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology
3 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In this study the sedimentation of nano silica (NS) on graphene oxide (GO) sheets using tetra Ortho silicate (TEOS) hydrolysis in water/alcohol solution and its performance in cement mortar has been investigated. First, the possible interaction between nanoparticles using UV-Vis spectroscopy and electron microscopy (TEM) spectrum is examined. Then, the mechanical properties of the composite material consisting of nano silica and graphene oxide (NS&GO) production was investigated by the Molecular Dynamics Simulation method. The application of nanoparticles on mechanical properties of mortars with and without natural pozzolans has been studied in both individual and composite forms. The dispersion of NS particles on GO sheets can be seen using TEM images through chemical pretreatment and without using surfactants. The results obtained from Molecular Dynamics Simulation indicate a 75% increase in the amount of tolerable stress and a 250% increase in the Young’s modulus of the composite material relative to single NS particles. The 28 days compressive and tensile strength of mortars containing composite nano materials also increased by 31% and 100%, respectively, compared to the control design. Proper dispersion and distribution of nanoparticles, nano silica nucleation property, graphene oxide stepping properties and high zeolite pozzolanic activity have improved the mechanical properties of mortars.

کلیدواژه‌ها [English]

  • composite nano materials
  • Mechanical Properties
  • pozzolanic activities
  • nucleation property
  • Molecular Dynamics Simulation