بررسی تأثیر رسوب نانوسیلیس روی سطح الیاف سلولزی و خواص مکانیکی چندسازه-های سیمانی اتوکلاو شده در مقیاس صنعتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1- دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران،

2 دانشیار

3 مدیر کنترل کیفیت

4 عضو هیات علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

در این تحقیق اصلاح سطح الیاف سلولزی و تأتیر آن بر روی خواص مکانیکی چندسازه‌های الیاف سیمانی مورد ارزیابی قرار گرفت. اصلاح سطح سلولزی از طریق رسوب گذاری نانوسیلیس در دو سطح 3 و 5 درصد (براساس وزن خشک سیمان) انجام شد. الیاف به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی میدانی، اسپکتروسکوپی پراش انرژی، طیف-سنجی مادون قرمز و پـراش پرتـو ایکـس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. همچنین خواص مکانیکی چندسازه‌ها در حالت مرطوب و خشک بررسی شد. تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی میدانی و اسپکتروسکوپی پراش انرژی نشان داد، نانوسیلیس روی سطح الیاف به خوبی رسوب کرده‌اند. کاهش گروه‌‌‌های هیدروکسیل و پیوند شیمیایی بین سلولز و سیلیس پس از اصلاح توسط طیف‌‌سنجی مادون قرمز تایید شد. همچنین شاخص بلورینگی الیاف 15درصد کاهش یافت. نتایج مکانیکی نشان داد، الیاف سلولزی اصلاح شده در ماتریس موجـب افـزایش مدول گسیختگی چندسازه‌ها در هر دو حالت شده است.
کلمات چکیدی: چندسازه، نانو سیلیس، سیمان، اصلاح الیاف سلولزی، خواص مکانیکی

کلیدواژه‌ها


 
[1]     Raabe, J., Santos, L.P., Del Menezzi, C.H.S., and Tonoli, G.H.D., 2018. Effect of nano-silica deposition on cellulose fiber on the initial hydration of the portland cement. Bioresources, 13(2): 3525-3544.
[2]     Pirie, B.J., Glasser, F.P., Schmitt-Henco, C., and Akers, S.A.S., 1990. Durability studies and characterization of the matrix and fiber-cement interface of asbestos-free fiber-cement products. Cement and Concrete Composites, 12: 233-244.
[3]     Coutts, R.S.P., 2005. A review of Australian research into natural fiber cements composites. Cement and Concrete Composites, 27: 518-526.
[4]     Nicholson, W.J., 2001. The carcinogenicity of chrysotile asbestos. A review", Ind. Health, 39: 57-64.
[5]     Tonoli, G.H.D., Belgacem, M.N., Siqueira, G., Bras, J., Savastano, H., and Lahr, F.A.R., 2013. Processing and dimensional changes of cement-based composites reinforced with surface-treated cellulose fibers. Cement and Concrete Composites, 37: 68–75.
[6]     Wei, J., and Meyer, C., 2015. Degradation mechanisms of natural fiber in the matrix of cement composites. Cement and Concrete Research, 73: 1-16.
[7]     Wei, J., 2018. Degradation behavior and kinetics of sisal fiber in pore solutions of a sustainable cementitious composite containing metakaolin. Polymer Degradation and Stability, 150: 1-12.
[8]     Ashori, A., Sheykhnazari, S., Tabarsa, T., Shakeri, A., and Golalipour, M., 2012. Bacterial cellulose/silica nanocomposites: preparation and characterization. Carbohydrate Polymers, 90:413–418.
[9]     Soydan, A.M., Kadirsari, A., Duymaz, B., Akdeniz. R., and Tunaboylu, B., 2018. Characterization of fiber-cement composites reinforced with alternate natural cellulosic fibers. Eskisehir Technical University Journal of Science and Technology A-Applied Sciences and Engineering, 19 (3):720-730.
[10]     Segal, L., Creely, J., Martin, A., and Conrad, C., 1959. An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer. Textile Research Journal, 29 (10):786-794.
[11]     Hee Heo, G., Park. J.G., Song, K.-C., Park, J.-H., and Min Jun. H., 2020. Improving the Interfacial Bond Properties of the Carbon Fiber Coated with a Nano-SiO2 Particle in a Cement Paste MatrixAdvances in Civil Engineering, 2020: 1-18.
[12]     Gorzelanczyk, T., Schabowicz, K., and Szymków,. M.,2020. Tests of Fiber Cement Materials Containing Recycled Cellulose Fibers. Materials, 13, (2758): 2-20.
[13]     Raabe. J., Fonseca, A.S., Bufalino, L., Ribeiro, C., Martins, M.A., Marconcini, J. M., and Tonoli, G.H.D., 2014. Evaluation of reaction factors for deposition of silica (SiO2) nanoparticles on cellulose fibers. Carbohydrate Polymers, 114 (2014): 424–431.
[14]     Ning, J., Li, S.M., Ma, M.G., Zhu, J.F., and Sun, R.C., 2011. Synthesis and characterization of cellulose-silica composite fiber in ethanol/water mixed solvents. BioResources, 6(2): 1186-1195.
[15]     Liu, H., Zhang, Y., Tong, R., Zhu, Z., and Lv, Y., 2020. Effect of nano-silica on the impermeability of cement-fly ash system. Advances in Civil Engineering, 2020:1-12.
[16]     Lu, T., Jiang, M., Jiang, Z., Hui, D., Wang, Z., and Zhou, Z., 2013. Effect of surface modification of bamboo cellulose fibers on mechanical properties of cellulose/epoxy composites. Composites: Part B, 51: 28–34.
[17]     Shi, J., Lu, L., Guo, W., Zhang, J., and Cao, Y., 2013. Heat insulation performance, mechanics, and hydrophobic modification of cellulose–SiO2 composite aerogels. Carbohydrate Polymers, 98: 282–289.
[18]     Bjornstrom, J., Martinelli, A., Matic, A., Borjesson, L., and Panas, I., 2004. Accelerating effects of colloidal nano-silica for beneficial calcium-silicate-hydrate formation in cement. Chemical Physics Letters, 392 (3):242-248.
[19]     Kim, J.J., Rahman, M.K., Al-Majed, A.A., Al-Zahrani, M.M., and Reda Taha, M.M., 2013. Nano-silica effects on composition and silicate polymerization in hardened cement paste cured under high temperature and pressure. Cement and Concrete Composites, 43: 78-85.
[20]     Aly, M., Hashmi, M.S.J., Olabi, A.G., Messeiry, M., Abadir, E.F., and Hussain, A.I., 2012. Effect of colloidal nano-silica on the mechanical and physical behavior of waste-glass cement mortar. Materials and Design, 33: 127–135.