نقش الیاف پلی پروپیلن در خواص فیزیکی و مکانیکی ملات های سیمانی حاوی پوزولان های ترکیبی

امروزه به منظور دست یابی به مقاومت و پایایی بیشتر علاوه بر مواد متشکله اصلی بتن، یعنی آب، سیمان و سنگدانه، از مواد دیگری در بتن استفاده می شود که مواد پوزولانی نامیده می شوند. در حقیقت از این مواد می توان به عنوان یک عامل چهارم در تولید بتن نام برد. ضمن اینکه مواد پوزولانی، دوام و کیفیت بتن را در شرایط مختلف تامین می کنند. استفاده موفق از این مواد به مقدار زیادی به غنای دانش فنی در ارتباط با استفاده از آنها در حین اجرا و نگهداری پس از اجرا بستگی دارد. استفاده از مخلوط های دوتایی و حتی سه تایی در مواد چسباننده (سیمانی) از جمله راهکارهاییست که می تواند در جهت کاهش تخلخل و افزایش تراکم مورد استفاده قرار گیرد. این تکنیک یعنی استفاده از پودر ریزدانه به همراه پودر درشت دانه در ساختار چسباننده ها، از جمله تکنیک های متداول در صنعت سرامیک می باشد و به نظر می رسد بتوان از آن در جهت بهبود خصوصیات کامپوزیت های سیمانی استفاده کرد. عملاً از این تکنیک در ساخت بتن به وفور استفاده می شود چرا که استفاده از ریزدانه (ماسه) به همراه درشت دانه (شن) و انتخاب نسبت اختلاط بهینه آن دو، مصداق کاملی از استفاده از تکنیک مذکور در مقیاس ماکرو می باشد. اما بهره گیری از آن در مقیاس میکرو در ساختار خمیر سیمان رویکرد جدیدی است که می تواند راهکاری مناسب جهت بهبود هرچه بیشتر خواص مصالح سیمانی باشد. بر این اساس در ادامه اختلاط نانو سیلیس با متاکائولن و خاکستر پوسته شلتوک برنج نیز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نانو سیلیس به صورت جایگزین بخشی از متاکائولن و خاکستر پوسته شلتوک برنج در کامپوزیت های سیمانی مورد استفاده قرار گرفت. از جمله مواد پوزولانی بسیار جدیدی که مدد پیشرفت های اخیر در عرصه فناوری نانو حاصل شده است، نانو سیلیس می باشد. تا کنون تحقیقات محدودی در ارتباط با ویژگی ها و خصوصیات کامپوزیت های سیمانی حاوی این پوزولان انجام شده است. نظر به اهمیت شناخت مسائل استفاده از این ماده افزودنی در بتن و آشنایی با روش های صحیح مصرف و ویژگی های مثبت و منفی آن، ضروریست که تحقیقات اساسی در این زمینه انجام پذیرد. چرا که شناخت این ماده سبب می شود که از آن بتوان به نحو مطلوب جهت بهبود کیفیت و دوام بتن استفاده نمود. در سالهای اخیر از متاکائولن که از کلسینه کردن مناسب کائولن به دست می آید و دارای خواص پوزولانی است به عنوان افزودنی سیمان استفاده می شود. با توجه به پژوهش های مختلف، تحقیقات بر روی متاکائولن در دو محور ساختار کائولن و کائولینیت و روش های فراوری آن و نیز رفتار پوزولانی و تاثیر آن بر خواص سیمان و بتن استوار است. از میان ضایعات کشاورزی خاکستر پوسته شلتوک برنج بیشترین مقدار سیلیس را دارا می باشد. گزارش های بسیاری نشان از ویژگی های منحصر بفرد خاکستر پوسته شلتوک برنج بعنوان ماده جایگزین سیمان دارند. در بتنی که مواد پوزولانی هم چون خاکستر پوسته شلتوک برنج استفاده شده باشد در حالت بتن تازه باعث کاهش آب انداختگی و جداشدگی شده و همچنین باعث بهبود اساسی کارایی بتن می گردد. خاکستر پوسته شلتوک برنج همچنین باعث بهبود پایایی و دوام بتن نیز می گردد و در کاهش حلالیت در اسید کلریدریک و انبساط ناشی از حمله سولفاتی واکنش های سیلیسی- قلیایی نقش بسزایی ایفا می کند. سالهاست که الیاف پلی پروپیلن جهت مسلح سازی کامپوزیت های سیمانی به منظور بهبود خصوصیات مکانیکی و افزایش شکل پذیری مورد استفاده قرار می گیرند. مطالعات متعددی در زمینه اثر الیاف بر خواص مکانیکی بتن صورت گرفته است. در حالی که برخی از مطالعات صورت گرفته حاکی از اثر مثبت الیاف پلی پروپیلن در بهبود خواص مکانیکی می باشد، مطالعات دیگر حضور الیاف را در افزایش خصوصیات مکانیکی بی اثر می دانند. به نظر می رسد پیوند ضعیف بین الیاف و ماتریس از جمله عوامل محدود کننده اثر بخشی الیاف پلی پروپیلن باشد. در بخش دوم تحقیقات، اثر الیاف پلی پروپیلن بر خصوصیات ملات ها بررسی گردید. همچنین اثر استفاده از سیمان های مخلوط متفاوت، (به عبارت دیگر اثر افزایش تراکم ماتریس سیمانی و در نتیجه بهبود پیوند بین الیاف و ماتریس) بر میزان کارایی مسلح سازی با الیاف پلی پروپیلن، نیز مورد مطالعه قرار گرفت. تحقیق حاضر به ساخت ملات ترکیبی نانو سیلیس با خاکستر پوسته شلتوک برنج، نانو سیلیس با متاکائولین و نانو سیلیس با متاکائولین می پردازد. خواص 150 طرح اختلاط مورد بررسی قرار گرفت که در آن درصد های مختلف از پوزولان های نانو سیلیس (0 – 5/2 – 5 – 5/7 – 10) و خاکستر پوسته شلتوک برنج (0 – 5 – 10 – 15 – 20) و متاکائولین (10 – 15 – 20 – 25 – 30) دوتایی با هم ترکیب شدند. خواص مورد بررسی شامل مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، جذب آب و اُلترا سونیک و انقباض می باشد. همچنین عکسبرداری با میکروسکوپ الکترونی جهت ارزیابی ترکیب این پوزولان ها با هم بکار گرفته شده است. مقدار بهینه هر ترکیب مشخص شد. بعد از آن تمام ترکیبات با افزودن الیاف پلی پروپیلن مورد بررسی قرار گرفت (مقدار الیاف اضافه شده ثابت و برابر 3/0 درصد حجم ملات می باشد). سپس درصد بهینه طرح ها با الیاف پلی پروپیلن مشخص شد.