بررسی خواص مکانیکی، فوتوکاتالیستی و واکنش زایی نانو ذرات اکسیدروی در محیط سیمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ادانشکده مهندسی عمران و نقشهبرداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فنآوری پیشرفته، کرمان، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران و نقشهبرداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فنآوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

در این مقاله نویسندگان به منظور ارتقا توانمندی های سطوح پایه سیمانی، ابتدا اقدام به سنتز نانو ذرات اکسیدروی کرده، سپس با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی صحت نحوه سنتز و مشخصات نانو ذرات تولیدشده را مشخص کردند. پس ازآن به منظور بررسی عملکرد و اثربخشی این نانو ذرات بر مشخصات مکانیکی، ریزساختاری و فوتوکاتالیستی در مواد پایه سیمانی اقدام به انجام آزمایشهای مختلف نظیر مقاومت فشاری، میزان واکنش پذیری با هیدروکسیدکلسیم، انقباض، آنالیز ریزساختاری به کمک طیف سنجی  مادونقرمز و پراش اشعه ایکس شده و در انتها به منظوربررسی توانایی این سطوح در تخریب و اضمحلال ترکیبات آلی از محلول متیلن بلو استفاده شد. بررسی های صورت گرفته نشان میدهد نانوذرات اکسیدروی سبب افزایش مقاومت فشاری نهایی ملات ها گردیده و از قدرت واکنش زایی مناسبی با هیدروکسیدکلسیم برخوردار است. همچنین عملکرد این ماده در فضای منفذی سیمان به گونه ای است که سبب کاهش انقباض ملات ها شده است. بررسی های ریزساختاری نیز بیانگرتشکیل هیدروکسیدکلسیم روی در محیط مواد پایه سیمانی و افزایش تولید واحدهای پلیمریزاسیون بود. در انتها بررسی و آنالیز خواص فوتوکاتالیستی این سطوح در تخریب و اضمحلال آلاینده صنعتی، بیانگر قدرت بالای موادپایه سیمانی در حذف متیلن بلو بود .

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Mechanical Properties and Photocatalytic Reactions of Zinc Oxide Nanoparticles in the Cement Environment

نویسندگان [English]

  • H. Madani 1
  • A. Khaghani Boroujeni 2
  • A. Pourjhanshahi 2
1 Civil Engineering Faculty, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
2 Civil Engineering Faculty, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]

In order to evaluate the performance of zinc oxide nanoparticles on the microstructure and mechanical properties of cement-based materials, compressive strength test, reaction with calcium hydroxide, shrinkage test, x-ray diffraction and infrared spectroscopy analyses were carried out. The results indicated that zinc oxide nanoparticles have signifcant  influences on the mechanical properties of cement based surfaces. It has also been shown that a good reaction with calcium hydroxide occurs and signifcant reduction in shrinkage of cement mortars was observed. Moreover, the nano zinc oxide incorporated surfaces had high capability in removing the contaminants and provide photocatalytic characteristics for the surfaces.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano Zinc Oxide
  • Cement-Based Materials
  • Mechanical Properties
  • Microstructure
  • Photocatalytic
[1] H. Madani, A. Bagheri, T. Parhizkar, The pozzolanic reactivity of monodispersed nanosilica hydrosols and their influence on the hydration characteristics of Portland cement, Cement and Concrete Research 42)2012( 1563–1570)
[2] H.Madani, A.Khaghani, Investigation on the role of Titanium Di-Oxide on reducing the environmental pollution and increasing the photocatalytic and mechanical properties of cement mortars, the frst conference on nanotechnology application in concrete industry, Garmsar, Alaoldolleduniversity, 2015.
[3] R.M. Mohamed, D.L. McKinney, W.M. Sigmund, Enhanced nanocatalysts, Materials Science Engineering R Reports, 73 )2012( 1–13).
[4] S. Malato, P. Fernández-Ibáñez, M. I. Maldonado, J.Blanco, W. Gernjak, Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: recent overview and trends, Catalysts Today, 147 )2009( 1–59).
[5] A. A. Khodja, T. Sehili, J.-F. Pilichowski, P. Boule, Photocatalytic degradation of 2-phenylphenol on TiO2 and ZnO in aqueous suspensions, Photochemistry and Photobiology. A Chemistry, 141 )2001( 231–239).
[6] C. Lizama, J. Freer, J. Baeza, H. D. Mansilla, Optimized photodegradation of Reactive Blue 19 on TiO2 and ZnO
suspensions, Catalysis Today, 76 )2002( 235–246).
[7] D. Spasiano, R. Marotta, S. Malato, P. Fernandez-Ibañez, I. Di Somma, Solar photocatalysis: materials, reactors,
some commercial, and pre-industrialized applications.A comprehensive approach, Applied Catalysis B:
Environmental, 170 )2015( 90–123).
[8] UNE 80305:2012, White Cement - Specifcations and Conformity Criteria.
[9] W.A. Moura, J.P. Gonçalves, M.B.L. Lima, Copper slag waste as a supplementary cementing material to concrete”. J. Mater. Sci, 42 )2007( 2226–2230).
[10] H. Vikan, H. Justnes, Rheology of cementitious paste with silica fume or limestone, Cement and Concrete Research 37)2007( 1512–1517).
[11] G. Hüsken, M. Hunger, H. J. H. Brouwers, Experimental study of photocatalytic concrete products for air purifcation, Building and Environment, 44 (2009) 2463–2474.
[12] J. Jiang, G. Oberdörster, P. Biswas, Characterization of size, surface charge, and agglomeration state of nanoparticle dispersions for toxicological studies, Nanoparticle Res.earch, 11 )2009(, 77–89).
[13] ISO 6274:1982 Concrete -- Sieve analysis of aggregates.
[14] ASTM C 33/C 33M, Standard Specifcation for Concrete
Aggregates, Annual book of ASTM standards, 2013.
[15] BS 1881 Part 116, Method for determination of compressive strength of concrete, British Standards, 1983.
[16] E. Raask, M. C. Bhaskar, Pozzolanic activity of pulverized fuel ash, Cement and Concrete Research, 5 )1975(, 363–375.
[17] M. P. de Luxán, F. Madruga, J. Saavedra, Rapid evaluation of pozzolanic activity of natural products by conductivity measurement, Cement and Concrete Research, 19)1989( 63–68).
[18] J. Paya, M. V Borrachero, J. Monzo, E. Peris-Mora, F. Amahjour, Enhanced conductivity measurement techniques for evaluation of fly ash pozzolanic activity”. Cement and Concrete Research, 31 )2001( 41–49).
[19] ASTM C490 / C490M, Standard Practice for Use of Apparatus for the Determination of Length Change of Hardened Cement Paste, Mortar, and Concrete, , Annual book of ASTM standards, 2013.
[20] B. Stuart, Infrared spectroscopy. Wiley Online Library, 2005.
[21] M. Y. A. Mollah, W. Yu, R. Schennach, D. L. Cocke, A Fourier transform infrared spectroscopic investigation of the early hydration of Portland cement and the influence of sodium lignosulfonate, Cement and Concrete Research, 30 )2000   ( 267–273).
[22] BS EN 12390-3, Testing hardened concrete-Part 3: Compressive strength of test specimens, British Standards, 2009.
[23] M. Yousuf, A. Mollah, P. Palta, T. R. Hess, R. K. Vempati, D. L. Cocke, Chemical and physical effects of sodium  lignosulfonate superplasticizer on the hydration of Portland cement and solidifcation/stabilization consequences, Cement and Concrete Research, 25 )1995( 671–682).
[24] F. F. Ataie, M. C. G. Juenger, S. C. Taylor-Lange, K. A. Riding, Comparison of the retarding mechanisms of zinc oxide and sucrose on cement hydration and interactions with supplementary cementitious materials, Cement and Concrete Research, 72 )2015( 128–136).