الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰۰
کد مقاله
CVL100
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
بررسی خصوصیات کامپوزیت های سیمانی مهندسی در مقیاس نانو (ECC)
نام انگلیسی
Nanoscale characterization of engineered cementitious composites (ECC)
ECC; Microstructure, Interfacial transition zone, SEM , Elastic moduli
مرجع به فارسی
تحقیقات سیمان و بتن
دپارتمان مهندسی راه و ساختمان و محیط زیست، دانشگاه میشیگان، ایالات متحده
الزویر
مرجع به انگلیسی
Department of Civil and Environmental Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI, United States
کشور
ایالات متحده
بررسی خصوصیات کامپوزیت های سیمانی مهندسی در مقیاس نانو (ECC)
چکیده
کامپوزیت های سیمانی مهندسی[۱] (ECC) به عنوان کامپوزیت های سیمانی مسلح با الیاف و با شکل پذیری بسیار زیاد شناخته می شوند. خصوصیات مکانیکی و شیمیایی در مقیاس نانو سه فرمول ECC (یک فرمول استاندارد، دو فرمول شامل افزودنی های نانومتریال / نانومواد) با استفاده از نانو سختی سنجی، میکروسکوپ الکترونی و طیف بینی پراکنش انرژی مورد مطالعه قرار گرفته شده اند. نتایج نانو سختی سنجی نشان دهنده تفاوت قابل توجهی در مدول بین مخلوط حجمی (۳۰Gpa) و نواحی گذار بین وجهی مخلوط/ الیاف و همچنین بین مخلوط و خاکستر بادی[۲] غیر واکنشی (۲۰ Gpa) است. افزودن کربن سیاه[۳] (دوده) یا نانوتیوب های کربنی موجب ایجاد تغییرات اندک در مدول در مقایسه با M45-ECC می گردد. فرو رفتگی ها / دندانه ها ایجادی به وسیله میکروسکوپ الکترونی مشاهده شدند؛ هیچگونه اثری از ذرات کربن سیاه مشاهده نشد، اما نانوتیوب ها شامل نانوتیوب های ترمیم کننده ترک به سادگی در ترک های بسیار ریز نزدیک به الیاف های PCA قرار گرفته اند. تحلیل المانی / عنصری قادر به نشان دادن ارتباط بین مدول و ترکیب شیمیایی نمی باشد که خود نشان دهنده آن است که عواملی نظیر تخلخل اثر بیشتری بر روی خصوصیات مکانیکی نسبت به ترکیب عنصری دارند.
کامپوزیت های سیمانی مهندسی (ECC) به صورت کامپوزیت های سیمانی پرتلند معمولی (OPC) مسلح شده با شکل پذیری بسیار زیاد می باشند. ظرفیت کرنش کششی حدی ECC (>3%) صد ها برابر بزرگتر از بتن معمولی می باشد. این شکل پذیری بسیار زیاد به صورت ترکیبی از ترک های مویی توزیع شده کنترل شده تحت نیروهای کششی حاصل از بارگذاری کم (<2wt%) الیاف های پلیمری کوتاه می باشد. توسعه ECC موجب کمک به مدل های میکرومکانیکی که به ارزیابی رفتار ECC بر اساس اندرکنش[۴] های مخلوط/الیاف[۵] می پردازند، شده است.
خصوصیات منحصر به فرد ECC در نتیجه بررسی خصوصیات مکانیکی می باشند که دارای منشا نانویی هستند. مهم ترین این عوامل شامل سطح مشترک مخلوط/الیاف می باشند که نشان دهنده رفتار الیاف ها در طی بارگذاری و ترکیب هیدرات های سیلیکاتی کلسیم (C-S-H) که موجب ایجاد فاز بیندینگ در OPC و باعث شروع رفتار ترک خوردگی در طی بارگذاری می گردد، می باشد. C-S-H یک ماده همگن نبوده و به صورت ذرات نانویی همراه با تخلخل نانویی رخ می دهد. همچنین ترکیب داخلی C-S-H چگالی زیاد و ترکیب خارجی با C-S-H چگالی کم وجود داشته و دارای خصوصیات مکانیکی متفاوت می باشند. اخیرا فاز احتمالی سوم چگالی بسیار زیاد شامل C-S-H و پرتلندیت مورد بررسی قرار گرفته شده است.
علاوه بر ترکیب های ECC که دارای مقادیر زیاد خاکستر بادی یا سرباره کوره آهن گذاری دانه ای جهت افزایش پایداری می باشند، چندین ترکیب ECC شامل نانومتریال ها ارائه شده اند. همچنین باکی بال[۶] های کربنی به عنوان جایگزین فوق روان کننده ها مورد بررسی قرار گرفته اند ،هر چند که نانوتیوب های کربنی و کربن سیاه به عنوان روش های تغییر دهنده خصوصیات الکتریکی مورد ارزیابی قرار گرفته اند.
این افزودنی های نانو متریال در حال جایگزین شدن با سیمان های سنتی می باشند. علاوه بر نانوتیوب های کربنی و کربن سیاه مورد استفاده جهت تغییر خصوصیات الکتریکی، نانو رس ها نیز در سیمان معمولی جهت بهبود تخلخل و اکسید تیتانیوم نیز جهت تغییر خصوصیات فتوکاتالیزی مورد استفاده قرار گرفته اند. ترکیبات و افزودنی های رایج دیگر مانند فوق روان کننده ها و میکروسیلیس دارای نسبت ها و شاخص های نانویی می باشند.
این تحقیق به منظور بررسی سه خلا موجود در شناخت رفتار مصالح ECC اصلاحی نانویی ارائه شده است: ۱) جهت به دست آوردن شناخت دقیق تر از خصوصیات مکانیکی ECC در مقیاس کوچکتر از میکرو؛ ۲) به منظور مشاهده اثر دو نانو متریال (کربن سیاه و نانوتیوب های کربن یک زنجیره ای) بر این خصوصیات و ۳) جهت مشاهده محل و آرایش نانو تیوب های کربنی که می توانند به صورت تئوریک موجب ترمیم ترک های کوچکتر از میکرون که در آن الیاف های میکرو یا ماکرو کارایی چندانی ندارند، شوند. در این تحقیق از میکروسکوپ الکترونی جهت تحلیل المانی و تصویر برداری از محل های فرو رفتگی، نانوتیوب های کربنی و شکل کلی آنها استفاده شده است. تکنیک های میکرو سختی سنجی که موجب تشکیل حجمی از فرو رفتگی سیمان می گردند، در طی تکنیک های نانو سختی سنجی که موجب ایجاد اطلاعات در مورد خصوصیات مکانیکی مقیاس نانو سیمان می گردند، به کار گرفته شده اند. این آزمایشات نانو سختی سنجی موجب ارائه بیان دقیقی از تغییرات مدولی در سطح مشترک الیاف/مخلوط شده است.
خصوصیات کامپوزیت های سیمانی مهندسی در مقیاس نانو (ECC)
۲- مواد و روش ها
۲-۱٫ آماده سازی نمونه
سه فرمول بندی ECC مورد آزمایش قرار گرفته اند. اولین نمونه، یک فرمول M45 اصلی بدون افزودنی می باشد که موجب ارائه داده های مبنایی در مورد خصوصیات مکانیکی فاز های مختلف در ECC و همچنین میزان تغییرات می گردد.
۲-۲٫ میکروسکوپ
پیش از نانو سختی سنجی، میکرو گراف های اپتیکال جمع آوری شده اند. این تصاویر به عنوان نقشه هایی جهت تسهیل در انتخاب موقعیت های فرو رفتگی و همچنین شناسایی فاز هایی همچون الیاف ها، کوارتز، خاکستر بادی و مخلوط سیمانی مورد استفاده قرار گرفته اند. پس از نانو سختی سنجی، به کار گیری این نقشه ها جهت تعیین موقعیت محل های فرو رفتگی در SEM حائز اهمیت می باشد. میکروسکوپ به وسیله یک اسپکتروسکوپ انرژی (EDS) تنظیم شده است (مدل EDAX Phonix). میکروسکوپ الکترونی با استفاده از ولتاژ های کم جهت کاهش حجم اندرکنش نمونه/ تیر و در فواصل کاری کم (بین ۳ و ۵nm) جهت افزایش شفافیت مورد استفاده قرار گرفته است. نمونه ها با یک لایه از طلا جهت افزایش رسانایی پوشانده شده اند. این لایه نازک تر از ۱۰nm بوده و بنابراین موجب برطرف شدن نگرانی ها در مورد آشفته شدن عناصر ریز می گردد.
آزمایشات نانو سختی سنجی با استفاده از یک دستگاه (نانو سختی سنج، MTS Nano) نصب شده به وسیله یک صفحه کوچک برکوویچ انجام می شوند. آزمایشات در حالت سختی پیوسته نسبت به عمق تعیین شده (۵۰۰nm) با نرخ دریفت مورد نظر ۰٫۲nm/s انجام شده اند. از یک استاندارد آلومینا در طی هر آزمایش جهت تضمین دقت استفاده شده است. خصوصیات مکانیکی به صورت خود کار از بخش باربرداری روش های بیان شده توسط الیور و فار تعیین شده اند. جهت احتساب زبری سطحی احتمالی، موقعیت دهی مجدد قسمت فوقانی پیش از هر فرو رفتگی انجام شده است. تمامی دیاگرام بار/ تغییر مکان ترسیم شده و برای علامت های مسائل با توجه به زبری سطحی، نا پیوستگی و یا شکل های غیر نرمال بررسی شده اند. برخی از فرو رفتگی ها این رفتار را از خود نشان داده اند؛ این موارد حذف شده و مجددا داده ها جمع آوری شده اند.
موضوع زبری سطحی از اهمیت زیادی برای مطالعات نانو سختی سنجی به شمار می آید. آیین نامه ASTM استاندارد E2546 ارائه شده برای تست فرو رفتگی بیان می کند که پرداخت سطح نهایی نمونه به صورت مستقیم بر روی نتایج آزمایش تاثیر می گذارند. بایستی آزمایش را بر روی یک سطح آماده شده انجام داد. همچنین استاندارد دیگر ISO 14577 نشان می دهد که نباید زبری حداکثر سطح نمونه بیشتر از ۱/۲۰ عمق فرو رفتگی به منظور کاهش پراکندگی نتایج باشد. با توجه به این که آزمایشات انجام شده در این تحقیق در عمق حداکثر ۵۰۰ nm انجام می شوند، با زبری سطحی نهایی برآورد شده ۱۰۰ nm، نسبت زبری / عمق ۴ برابر بزرگتر از حد اعمال شده در این استاندارد می باشد. این عدم تطابق با حدود ارائه شده در ISO 14557 عامل مهمی نسبت به همگنی سیمان در انحراف استاندارد زیاد اندازه گیری شده در هر نقطه به شمار می آید.
۳-۲٫ نانو سختی سنجی
یک آلومینا صیقل کاری شده استاندارد ارائه شده توسط تولید کننده تجهیزات فرو رفتگی حدود ۱۰ مرتبه جهت تعیین ماهیت انحرافی دستگاه مورد استفاده قرار گرفته است. مدول اندازه گیری شده (۷۵٫۷±۱۱٫۳Gpa) دارای سازگاری مناسب با مقدار واقعی (۷۰٫۴Gpa) بوده اما نشان دهنده انحراف استاندارد %۱۵ می باشد.
۳-۳٫ میکروسکوپ الکترونی
نمونه های صیقل خورده، فرو رفته نانویی در SEM مشاهده شده اند. علی رغم اندازه کوچک آنها (عمق تنها ۵۰۰nm)، یافتن بسیاری از فرو رفتگی ها (شکل ۲) امکان پذیر بوده است. قرار دادن فرو رفتگی ها در فاز های صیقل خورده به صورت مناسب به مراتب ساده تر از قرار دادن فرو رفتگی ها در مخلوط بوده است. فرورفتگی ها در مصالح ترد مانند ذرات کلسیت موجب بروز ترک خوردگی در بالای فرو رفتگی های مثلثی می گردند. این ترک خوردگی در مخلوط نیز مشاهده شده است که در عین حال با استفاده از طول ترک قابل انجام می باشد.
خصوصیات کامپوزیت های سیمانی مهندسی در مقیاس نانو (ECC)
۴ . نتیجه گیری
برخی از نتایج در مورد استفاده از نانو سختی سنجی در ECC در این تحقیق به صورت زیر قابل ارائه می باشند:
مخلوط سیمانی خالص صرف نظر از اثر الیاف های PVA دارای بیشترین مدول (۳۰ Gpa) بوده است که مقدار آن در نزدیکی الیاف ها یا ذرات خاکستر بادی غیر واکنشی کاهش می یابد. ناحیه گذار بین وجهی در اطراف الیاف های PVA دارای عرض ۳۰μm (ITZ بین مخلوط سیمانی و خاکستر بادی واکنش نداده اندازه گیری نشده است) می باشد. مدول کمتر در این ناحیه به دلیل ترکیب درصد Ca کاهش یافته، تغییر ساختار منفذی و پیچیدگی های ناشی از شرایط دشوار صیقل کاری (زبری سطح یا ترک خوردگی مویی) می باشد.
تحلیل المانی به وسیله EDS هیچ گونه ارتباط مشخصی را بین نسبت Ca/Si و مدول نشان نداده است و بدین ترتیب این احتمال وجود دارد که خصوصیات مکانیکی نانویی بیشتر تحت تاثیر خصوصیاتی همچون تخلخل و درجه هیدراسیون[۱] قرار گیرند.
عدم توانایی جهت تعیین موقعیت کربن سیاه نشان دهنده پراکندگی این ذرات می باشد، در حالی که ساده بودن یافتن نانوتیوب های کربنی در ترک های نزدیک به نواحی کشش الیاف نشان دهنده درجه مشخصی از تراکم و انباشته شدن نانوتیوب ها در اطراف الیاف های PVA می باشد.
هر چند که داده های مدولی مربوط به فرمول های ECC شامل نانوتیوب های کربنی و کربن سیاه دارای تفاوت هایی می باشند، به طور کلی استفاده از این افزودنی ها اثر منفی بر روی خصوصیات مکانیکی نانویی ECC نخواهد داشت. بنابراین می توان انتظار داشت که این مواد به سادگی جهت تنظیم خصوصیات مکانیکی ECC بدون هیچ گونه پیامد منفی بر روی ذرات نانویی در کاربرد های آینده مورد استفاده قرار گیرند.
علی رغم دشواری های موجود در به دست آوردن نمونه هایی با صیقل یافتگی مناسب و داده های قابل اطمینان، نانو سختی سنجی به عنوان یک تکنیک مفید و قابل استفاده جهت تعیین اثرات افزودنی های نانومتریال مختلف بر روی خصوصیات مکانیکی شناخته می شود. همچنین ممکن است این اطلاعات در آینده در مدل های میکرومکانیکی که ECC را به عنوان یک ماده نانوکامپوزیت همگن فرآوری می کنند مورد استفاده قرار گرفته و موجب هموار سازی مسیر توسعه فرمول های ECC گردند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
