نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دانشگاه تربیت مدرس

2 عضو هیات علمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

شکست بسیاری از سازه‌های مهندسی بر اثر گسترش ترک با وجود پایین بودن نرخ بارگذاری روی آن‌ها در مقایسه با مقاومت تئوریکی سازه‌ها،لزوم درک دقیق مکانیزم و عوامل موثر بر گسترش ترک را آشکار می‌سازد. استفاده از روش‌های متداول تحلیل و طراحی سازه‌های فولادی، بتنی و سنگی بر مبنای معیار‌های تنش و مقاومت، تاکنون مشکلات زیادی در پایداری سازه‌ها به‌وجود آورده است. امروزه با توجه به گستردگی روز افزون نانو بتن‌ها، مطالعات تأثیر نانو ذرات بر مکانیزم شکست در این نوع بتن‌ها بسیار نادر است. در این تحقیق مکانیزم داخلی مقاومت و شکست بتن‌های مسلح شده با نانو ذرات سیلیسی مطالعه و بررسی  شده است. برای تحقق این موضوعاز نمونه‌های مختلف استوانه‌ای، دیسکی با ترک مرکزی (CSCBD) و مکعب مربع طبق استاندارد و ترکیب‌های یکسان (آب، سیمان و سنگ‌دانه) اما متفاوت در مقدار نانو ذرات سیلیس (0، 5/0، 1، 5/1) در بازه‌های مختلف نگهداری 7 و 28 روز استفاده شده است. برای رفتارنگاری فرآیند شکست نیز از تکنیک نوین انتشار آوایی (AE) استفاده شده است که با بررسی‌ پارامتر‌هایی نظیر تعداد کانت، گسترش ترک پایدار و ناپایدار، فرکانس متوسط و زاویه خیز نیز مشاهده می‌شود که با تغییرات مقدار درصد نانو ذرات سیلیس در خمیره بتن، این پارامتر‌ها نیز تغییر می‌کنند. می‌توان اینگونه بیان کرد که نتایج بیان‌گر رابطه خطی بین مقاومت و چقرمگی شکست مد برش و کشش نمونه‌ها بوده است، به‌طوری که بتن‌های با 1 درصد از نانو ذرات سیلیس بیشترین چقرمگی شکست را دارند و با افزایش و یا کاهش مقدار نانو ذرات سیلیس، مقاومت و چقرمگی شکست در هر دو مد شکست کاهش می‌یابد. همچنین نمونه‌های نانو بتن تحمل تنش‌های بالاتر بدون گسترش ترک ناپایدار را نسبت به بتن معمولی دارند و یا به عبارت بهتر نانو ذرات سیلیس باعث تاخیر در گسترش ترک ناپایدار در ساختار نمونه‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of Nano SiO2 particles on the strength and fracture mechanism of cement based materials by AE technique

نویسندگان [English]

  • Amin Nazeri 1
  • Hamid Reza Nejati 2
  • Abdolhadi Ghazvinian 2

چکیده [English]

Failure of many concrete and rock structures on the development of interior crack due to stress concentration at the crack tip shows the prominence of the fracture mechanism investigation of these structures. Using conventional methods for the design and analysis of steel, concrete and rock structures based on the criteria of stress and strength has raised many problems for the structure stabilities. Today, with increasing application of nanoparticles, studies focused on the effect of nanosilica on failure mechanism are rare. Addition of nanosilica to the concrete results in higher compressive, tensile and flexural strength; lower setting time and water permeability and higher resistance to chemical attacks. In this research, the internal mechanism of resistance and failure of concrete reinforced with silica nanoparticles was studied to achieve a better understanding of their mechanical behavior. For this purpose, various standard samples were studied including disc with a central crack (CSCBD) and cubes with similar mixtures (water, cement and aggregates), but different in the amount of silica nanoparticles (0, 0.5, 1, 1.5) in 7 and 28 days of curing time. Acoustic emission techniques (AE) was used for the monitoring of the failure process. It was revealed, parameters such as the number of count, stable and unstable crack growth, average frequency and RA index are also affected by varying the amount of silica nanoparticles in the concrete composition. The results showed that concrete with silica nanoparticles can withstand higher stress without unstable crack propagation. It is concluded that the addition of silica nanoparticles improves the fracture parameters of concrete.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fracture toughness
  • Crack propagation
  • Nano SiO2 particles
  • Acoustic emission