مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

اثرات چند مقیاسی نانولوله‌های کربنی چند دیوار ه (MWCNTs) والیاف پلی پروپیلن (PP) بر ویژگی‌های مکانیکی - ریزساختاری بتن ژئوپلیمر مهندسی شده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری سازه ، گروه مهندسی عمران، واحد قزوین ، دانشگاه آزاد اسلامی ، قزوین، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد قزوین ، دانشگاه آزاد اسلامی ، قزوین، ایران
10.22065/jsce.2026.585066.4007
چکیده
تأثیرات زیست‌محیطی سیمان پرتلند باعث شده است تا توسعه بتن ژئوپلیمری پایه خاکستر بادی (GPC) مدنظر قرار گیرد، اما شکنندگی ذاتی و مقاومت کششی پایین آن، کاربردهای سازه‌ای آن را محدود می‌کند. تحقیقات پیشین، اثرات نانولوله‌های کربنی چند دیواره (MWCNTs) یا الیاف پلی‌پروپیلن (PP) را به‌صورت مستقل در سیستم‌های ژئوپلیمری بررسی کرده‌اند و پژوهش‌های محدودی در زمینه اثرات تقویت ترکیبی MWCNTها و الیاف PP در ماتریس ژئوپلیمری پایه خاکستر بادی انجام شده است، به‌ویژه با ارزیابی سیستماتیک در سنین مختلف عمل‌آوری و نسبت‌های مختلف تقویت. این مطالعه، رویکرد تقویت چند مقیاسی با استفاده از الیاف PP و MWCNTها را برای بهبود عملکرد مکانیکی و ریزساختاری بتن ژئوپلیمری پایه خاکستر بادی بررسی می‌کند. سیزده مخلوط بتن با خاکستر بادی رده F، حاوی MWCNT از ۰ تا ۶/۰ درصد وزنی و الیاف PP از ۰ تا ۲/۰ درصد حجمی تهیه شد و در سنین ۷، ۱۴ و ۲۸ روز عمل‌آوری مورد آزمایش قرار گرفت. آزمایش‌های مکانیکی (مقاومت فشاری، کششی و خمشی) و آنالیزهای ریزساختاری (XRD، XRF و SEM-EDX) انجام شد. نتایج نشان داد که تقویت ترکیبی بهینه (۱/۰ درصد الیاف PP و ۶/۰ درصد MWCNT) مقاومت فشاری را تا ۶۳ درصد افزایش داد و تقویت ترکیبی بهینه دیگر (۲/۰ درصد الیاف PP و ۶/۰ درصد MWCNT) مقاومت کششی را تا ۱۲۰ درصد و مقاومت خمشی را تا ۶۳ درصد نسبت به بتن ژئوپلیمری ساده افزایش داد. تصاویر SEM-EDX افزایش چگالی ماتریس، اتصال الیاف با ماتریس و تشکیل ژل سیلیکات آلومینات (Si-O-Al) را تأیید کردند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که تقویت ترکیبی PP-MWCNT عملکرد سازه‌ای بتن ژئوپلیمری را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد و مسیر امیدوارکننده‌ای برای توسعه کامپوزیت‌های ژئوپلیمری با عملکرد بالا و کاهش انتشار کربن برای ساخت‌وساز پایدار فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Multi-scale effects of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and polypropylene (PP) fibers on engineered fly ash geopolymer concrete mechanical-microstructural properties

نویسندگان English

hesamodin yazdi 1
Reza farokhzad 2
Ali Delnavaz 2
pooria Rashvand 2
1 Ph.D. Candidate in Structural Engineering, Department of Civil Engineering, Qa.C., Islamic Azad University, Qazvin, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Qa.C., Islamic Azad University, Qazvin, Iran
چکیده English

The environmental impact of Portland cement has motivated the development of fly ash-based geopolymer concrete (GPC), but its inherent brittleness and low tensile strength limit its structural applications. Research has investigated the effects of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) or polypropylene fibers(PP) independently in geopolymer systems, and there is limited research on the effects of combined reinforcement of MWCNTs and PP fibers in a fly ash-based geopolymer matrix, especially with systematic evaluation at different curing ages and reinforcement ratios. This study investigates a multi-scale reinforcement approach using (PP) fibers and (MWCNTs) to enhance the mechanical and microstructural performance of fly ash-based GPC. Thirteen concrete mixtures with class F fly ash, MWCNT content from 0 to 0.6 wt% and PP fibers from 0 to 0.2 vol% were prepared at 7, 14 and 28 days of curing. Mechanical tests (compressive, tensile and flexural strengths) were performed along with microstructural analyses (XRD, XRF and SEM-EDX). The optimized hybrid reinforcement (0.1% PP fibers and 0.6% multi-walled carbon nanotubes) increased the compressive strength by 63% and the optimized hybrid reinforcement (0.2% PP fibers and 0.6% multi-walled carbon nanotubes) increased the tensile strength by 120% and flexural strength by 61% compared to plain GPC. Meanwhile, scanning electron microscopy (SEM-EDX) confirmed the increase in matrix density, fiber-matrix bonding, and the formation of silicate aluminate (Si-O-Al) gel. These findings indicate that the PP-MWCNT hybrid reinforcement significantly enhances the structural performance of GPC. These results provide a promising direction for the development of high-performance and carbon-reducing geopolymer-based composites for sustainable construction.

کلیدواژه‌ها English

Multi-WalledCarbon Nanotube
Polypropylene Fiber
Geopolymer Concrete
Fly Ash
XRD
XRF
SEM

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 04 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 21 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 23 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 04 مرداد 1405