کنترل هیدراتاسیون سیمان با نانوذرات

اخیرا نانوذرات توجه ما را به پیشرفت دادن شتاب دهنده های جدید جلب کرده اند. نانو ذرات مواد به صورت های مختلف مانند آلومینیوم Al2O3، C-S-H و کوارتز تولید شده اند.اثر این ذرات بر هیدراته شدن سیمان به وسیله کالریمتری(گرماسنجی) جریان گرما دنبال می شود تا پتانسیل شتاب آن را به عنوان عملکرد ماده ذرات، اندازه ذرات و درصد آنها در خمیر سیمان بررسی شود.در این کار ما نشان می دهیم که کدام ذرات دارای بهترین پتانسیل شتاب دهنده برای هیدراتاسیون سیمان هستند و بنابراین برای تحقیقات بیشتر مناسب هستند. جالب توجه است که نانو ذراتی که دارای اثر مهاری بر هیدراتاسیون سیمان می باشند نیز پیدا شده اند.

مقدمه

هدف از افزودن نانو ذرات در سیمان، تحریک فرایندهای هسته زایی در طی هیدراتاسیون اولیه سیمان است. این هسته ها که از پیش تشکیل شده اند می توانند به کریستال های بزرگ تر رشد کنند و در نتیجه هیدراتاسیون سیمان را تسریع کنند.

کنترل هیدراتاسیون سیمان  با نانوذرات

با توجه به اندازه ی کوچک نانو ذرات سطح مخصوص آن ها بزرگ است. در عین حال این سطح مخصوص بزرگ واکنش پذیرتر است و می تواند با عناصر محلول موجود در منافذ واکنش دهد یا محل هسته زایی واقع شود. مدل ارائه شده برای بیان تاثیر نانوذرات برهیدراتاسیون سیمان بین دو روش تحریک هیدراتاسیون سیمان نشان داده شده است.(تصویر۱) هر دو روش نشان داده شده با هیدراتاسیون سیمان خالص مقایسه می شوند.

کنترل هیدراتاسیون سیمان با نانوذرات

 شکل۱- هیدراسیون سیمان خالص(A) هیدراسیون سیمان با نانوذرات(B) هیدراسیون سیمان با دانه های C-S_H اضافه شده در زمان های مختلف بعد از مخلوط شدن(۳-۱)استفاده از SiO2 or TiO2 در تحریک هیدراتاسیون: یکی از روش های تحریک هیدراتاسیون سیمان استفاده از ذراتی از جنس موادی مانند SiO2 or TiO2است.این ذرات سطوح بزرگ و واکنش پذیری را فراهم می کنند که می توانند به عنوان محل هسته زایی عمل کنند و در نتیجه واکنش های هسته زایی را تحریک کنند. آن ها هم چنین ظرفیت بالایی برای واکنش با عناصر خمیر سیمان برای تشکیل هسته های بیشتر دارند.

آزمون نظام مهندسی عمران اجرا

نظام مهندسی عمران اجرایی

مانند ذرات sio2 در واکنش های پزولانی که C-S-H تشکیل می دهند.از آنجا که اثرات شتاب دهنده ی این ذرات توسط واکنش های سطحی ایجاد می شوند، ناحیه ی سطحی و اندازه ی ذرات به ترتیب مهم ترین عوامل اثربخشی ذرات بر کنترل سینتیک هیدراتاسیون سیمان می باشند. استفاده از نانوذرات: دیگر امکان تسریع در هیدراتاسیون سیمان، افزودن نانوذرات است که خودشان هسته های فاز هیدراتاسیون مانند دانه های C-S-H هستند. در این حالت، ترکیب هسته باید مانند فاز هیدراتاسیون مورد نیاز باشد.با افزودن این ذرات، واکنش های هسته ای زمان گیر، که برای رشد بیشتر کریستال ضروری هستند، می تواند اجتناب شود و مدت خاموش شدن هیدراتاسیون سیمان کوتاه می شود.
همانطور که تشکیل C-S-H در طول دوره شتاب،کاتالیزوری است، تشکیل C-S-H در این دوره باید به طور قابل توجهی با توجه به حضور ذرات اضافه شده یC-S-Hافزایش یابد. در هر دو روش افزایش سینتیک هیدراتاسیون سیمان توسط نانوذرات به طور مشترک است که هسته محصولات هیدراتاسیون نه تنها در سطح دانه های سیمان مانند سیمان خالص شکل می گیرد بلکه در سطح ذرات در فضای خالی از خمیر سیمان شکل می گیرد.محصولات هیدراتاسیون سیمان بعدا بوسیله رشد کریستالی این هسته شکل می گیرد. در مورد افزودن نانو ذرات، فضای خالی بین دانه های سیمان با فازهای هیدراتاسیون سریعتر پر می شود و در نتیجه سرعت توسعه فشاری و کاهش تخلخل را افزایش می دهد که این موضوع توسط مطالعات متعدد تایید شده است. هم چنین دوام سیمانی که حاوی نانوسیلیکات است بسیار بالاتر است. این منجر به افزایش سهم ژل سخت C-S-H در سیمان می شود که هنگام اضافه شدن نانو سیلیکات توسط تکنیک های نانو مشخص می شود.
هنگامی که اثر افزودن نانوسیلیکات به خمیر سیمان به خوبی مشاهده شد و راه های ترکیب شدن شناخته شد، فقط تعداد محدودی از مطالعات روی سایر اکسید ها مانند Fe2O3 ,  ZrO2 , TiO2,  Al2O3 ,  انجام شده اند. در مورد نانوالومینا، برای افزایش اندکی از استحکام فشاری اولیه می توان تا ۳ درصد وزن سیمان تعیین شود. درغلظت بالاتر، مقاومت فشاری نسبت به سیمان مرجع کاهش می یابد.نتایج مشابهی از افزایش مقاومت فشاری در غلظت نانوذراتی مانند  TiO2وZrO2 وFe2O3 وFe3O4 تا ۳٪نیزمیتواندیافتشود. کاشت هسته ای: کاشت هسته ای توسط ذرات C-S-H یک روش جدید برای استفاده از نانو ذرات به عنوان شتاب دهنده های سیمان است. دانه های C-S-H یک شتاب دهنده کارآمد برای هیدراتاسیون C3Sهستند. مکانیزم واکنش هنوز کاملا درک نشده است، اما نسبت C / S دانه C-S-H عامل مهمی برای اثربخشی شتاب هیدراتاسیون سیمان و خواص مکانیکی خمیر سیمان سخت شده است.به ویژه دانه های C-S-H که دارای نسبت C به S پایین هستند و سطح مخصوص بالایی دارند تاثیر تسریع کنندگی زیادی بر کوتاه کردن زمان خاموشی هیدراتاسیون سیمان دارند. در این آزمایش، دانه های C-S-H از دو ترکیب مختلف در دسترس استفاده شدند(زونولیت و توبرموریت)

نتیجه گیری در این مطالعه نشان دادیم که می توانیم با روش های مختلف افزودن نانوذرات سرعت هیدراتاسیون سیمان را کنترل کنیم.
ذرات so2 ویژگی های خاصی از شتاب دهنده های سخت کننده سیمان نشان می دهند که بازدهی آن ها به اندازه ی ذرات، سطح مخصوص و واکنش پذیری پزولانی آن ها بستگی دارد.

کنترل هیدراتاسیون سیمان با نانوذرات

کاشت هسته ای برای زونولیت، توبرموریت و دانه های C-S-H بررسی شد. ترکیب شیمیایی و اندازه ی ذرات به عنوان عوامل اصلی موثر در عملکرد C-S-H در شتاب دهندگی و سخت کنندگی هیدراتاسیون سیمان ، شناخته شدند.
برخلاف این ها نانوآلومینا به عنوان یک عامل کندکننده شناخته شد.
هر چند چندین ماده به عنوان عامل موثر در تغییر سرعت هیدراتاسیون سیمان در این مطالعه معرفی شد، نیاز به مطالعات بیشتری است تا فرایند شیمیایی و دلایل دقیق تر اثراتی که مشاهده شد، مشخص شود و ظرفیت هر کدام از نانوذرات به عنوان ماده ی افزودنی به سیمان ارزیابی شود.