بررسی تاثیر نانوذرات سیلیسی بر مقاومت و مکانیزم شکست نمونه های بتنی

متلاشی شدن بسیاری از سازه¬های مهندسی بر اثر رشد و گسترش ترک با وجود پایین بودن نرخ بارگذاری بر روی آن ها در مقایسه با مقاومت تئوریکی سازه¬ها، لزوم درک دقیق مکانیزم و عوامل موثر بر گسترش ترک را آشکار می¬سازد. امروزه مطالعات بر روی نانو ذرات سیلیس با توجه به ویژگی های منحصر به فرد آنها متمرکز شده است. افزودن نانو سیلیس به بتن موجب کاهش زمان گیرش، کاهش نفوذ پذیری آب درون بتن و همچنین مقاومت بالاتر در برابر حمله های شیمیایی می شود. در بسیاری از مطالعات انجام شده پارامترهای مقاومتی و خواص فیزیکی نانو بتن به صورت تئوری و آزمایشی مورد بررسی قرار گرفته است و مطالعات تاثیر نانو ذرات بر گسترش ترک، عملکرد این نوع بتن ها حین شکست و پارامترهای مکانیک شکستی در این نوع بتن ها بسیار نادر است. در این تحقیق مکانیزم داخلی شکست و گسترش ترک بتن های مسلح شده با نانو ذرات سیلیسی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است تا بتوان به درک بهتر و جامع تری از بعد رفتار مکانیکی این نوع بتن ها دست یافت. برای تحقق این موضوع در مجموع 96 نمونه مختلف استوانه ای، دیسکی با ترک مرکزی (cscbd) و مکعب مربع طبق استاندارد و ترکیب های یکسان (آب، سیمان و سنگ دانه) اما متفاوت در مقدار نانو ذرات سیلیس (0، 5/0، 1، 5/1) در بازه های مختلف نگهداری 3، 7، 14 و 28 روز ساخته و استفاده شد. نتایج بیانگر رابطه غیر خطی میان چقرمگی شکست (مد i (کشش) و مد ii (برش))، مقاومت و شاخص شکنندگی با مقدار نانو ذرات سیلیس بوده، به گونه¬ای که بیشترین مقاومت و چقرمگی شکست و کمترین شکنندگی مربوط به نمونه¬هایی با افزودن 1% از نانو ذرات سیلیس می¬باشد. همچنین افزایش مقاومت نانو بتن در افزودن 1% نانو سیلیس نسبت به بتن معمولی در بازه زمان نگهداری کوتاه 3،7 و14روز تقریباً 70 درصد می باشد. برای رفتارنگاری فرآیند شکست از تکنیک انتشار آوایی (ae) استفاده شد که¬ پارامتر¬هایی نظیر تعداد کانت، حداکثر دامنه، شاخص b، انرژی، فرکانس متوسط، زاویه خیز و گسترش ترک پایدار و ناپایدار با تغییرات مقدار درصد نانو ذرات سیلیس مورد بررسی قرار داده شد. می توان اینگونه بیان کرد که افزودن نانو ذرات سیلیس، با توجه به ویژگی های پوزولانی و پرکنندگی بالای خود در طول مدت زمان نگهداری باعث کاهش میکروترک ها و حداکثر دامنه و همچنین تغییر در رفتار مد شکست میکروترک های موجود در خمیره بتن حین شکست می شود. می توان با توجه به نتایج حاصل بیان کرد که نمونه های نانو بتن تحمل تنش های بالاتر بدون گسترش ترک ناپایدار را نسبت به بتن معمولی دارا می باشند و یا به عبارت بهتر نانو ذرات سیلیس باعث تاخیر در گسترش ترک ناپایدار در ساختار نمونه ها می شود. تصاویر sem نیز در انتها صحتی بر نتایج حاصل از آزمایش ها مختلف است.