شماره مدرك
21169
شماره راهنما
2500 دكتري
پديد آورنده
مشرفيان دهكردي، زهرا
عنوان
بررسي رفتار هيدروليكي و مكانيكي بتن پارچهاي خود ترميم شونده با استفاده از نانو لوله¬هاي كربني (CNTs) به منظور پوشش كانالهاي آبياري
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
آبياري و زهكشي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده،151ص.مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
پوشش كانالهاي آبياري , نانولولههاي كربني چند جداره , خصوصيات مكانيكي , دوام بتن , نفوذپذيري , زبري پوشش كانال , چقرمگي شكست , بتن پارچهاي هوشمند
تاريخ ورود اطلاعات
1405/04/23
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
علوم و مهندسي آب
دانشكده
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/04/27
كد ايرانداك
23234148
چكيده فارسي
در شرايط بحران آب جهاني و بهويژه در كشورهايي با اقليم خشك و نيمهخشك مانند ايران، مديريت بهينه منابع آبي به يكي از اولويتهاي راهبردي تبديل شده است. كانالهاي انتقال آب بهعنوان شريانهاي اصلي تأمين آب كشاورزي، صنعتي و شرب، سالانه مقادير قابلتوجهي از آب را به دليل نشت از طريق پوششهاي بتني سنتي و فرسايش ديوارهها از دست ميدهند. از اينرو، توسعه پوششهاي بتني بادوام، ناتراوا و مقاوم كه بتوانند راندمان هيدروليكي را افزايش داده و هزينههاي نگهداري را كاهش دهند، به يك ضرورت فني و اقتصادي تبديل شده است. اين پژوهش با هدف طراحي و ساخت يك كامپوزيت سيماني هوشمند براي كاربرد در پوشش كانالهاي انتقال آب انجام شده است. در اين راستا، از تركيب همزمان فناوريهاي مقياس ماكرو و نانو استفاده شده است، بهطوري كه پارچه سهبعدي اسپيسر بهعنوان تقويتكننده در مقياس ماكرو و نانولولههاي كربني چندديواره (MWCNTs) بهعنوان تقويتكننده در مقياس نانو به ماتريس سيماني افزوده شدند. در كنار MWCNTs، اثر افزودن ميكروسيليس نيز بر خواص مكانيكي بتن پارچهاي به صورت مقايسهاي مورد بررسي قرار گرفت. نمونهها در دو گروه اصلي شامل بتن معمولي (سري C) و بتن پارچهاي (سري TC) با دو ضخامت 10 و 60 ميليمتر و درصدهاي مختلف وزني MWCNTs (1، 0/5 و 2 درصد) و ميكروسيليس (0/5، 1 و 2 درصد) با استفاده از روش اختلاط خشك و ترتهيه شدند. نمونههاي شاهد فاقد افزودني نيز بهعنوان مبنا ساخته شدند. ارزيابيهاي تجربي جامعي در سنين 7 و 28 روزه انجام شد كه شامل: آزمونهاي مكانيكي (مقاومت خمشي، مدول الاستيسيته، چقرمگي و چقرمگي شكست)، آزمونهاي هيدروليكي (تعيين ضريب نفوذپذيري)، آزمونهاي دوام (قرارگيري در محلول سولفات منيزيم تا 90 روز و چرخههاي انجماد-ذوب تا 300 سيكل) و مطالعات ريزساختاري (ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيفسنجي پراكندگي انرژي و آناليز تخلخل) بود. يافتههاي پژوهش نشان داد كه درصد بهينه MWCNTs براي بتن معمولي(سري C)، 0/5 درصد وزني (CNT10_1) و براي بتن پارچهاي(سري TC) 1 درصد وزني (TCNT10_2 و TCNT60_2) است. در اين مقادير، مقاومت خمشي 28 روزه به ترتيب 24، 65 و 24 درصد نسبت به نمونههاي شاهد (C10_0، TC10-0 و TCNT60_2) افزايش يافت. هرچند ميكروسيليس نيز منجر به بهبود مقاومت خمشي شد (حداكثر 13 درصد بهبود در نمونههاي حاوي 2 درصد ميكروسيليس)، اما عملكرد MWCNTs در دوزهاي پايينتر از نظر ميزان بهبود مقاومت و چقرمگي برتر بود. افزودن MWCNTs فراتر از درصد بهينه به دليل تجمع و كاهش پراكندگي، موجب افت مقاومت شد. در رابطه با ساير خصوصيات مكانيكي نيز اين سه تركيب همچنان پيشرو بودند. نمونههاي بهينهشده، نفوذپذيري هيدروليكي را تا 31 درصد و 35 درصد به ترتيب در بتن سري TC و C كاهش دادند، در محيط سولفاتي روند تخريب در نمونه¬هاي سري TC بسيار كمتر از سري C بود. چرخههاي انجماد-ذوب نيز بيانگر برتري نمونه¬هاي سري TC بخصوص در غلظت بهينه MWCNTs بودند. تحليلهاي ريزساختاري، پيوستگي كامل ناحيه انتقال بينفازي و پراكندگي يكنواخت نانولولهها را تأييد كرد. براي بررسي مكانيسمهاي نانومقياس عامل اين بهبودها، از تكنيكهاي پيشرفته توصيف ريزساختاري، از جمله تصويربرداري FESEM، آناليز سطح BET و نقشهبرداري EDS استفاده شد كه توزيع يكنواخت نانولولهها، كاهش تخلخل و تشكيل شبكههاي پلزننده در داخل ماتريس در روز بهينه را تأييد كرد.
چكيده انگليسي
In the context of global water scarcity, particularly in arid and semi-arid regions such as Iran, optimal water resource management has become a strategic priority. Water conveyance canals, as the main arteries for agricultural, industrial, and potable water supply, lose significant volumes of water annually due to seepage through traditional concrete linings and wall deterioration. Consequently, developing durable, impermeable, and resistant concrete linings capable of enhancing hydraulic efficiency and reducing maintenance costs has become a technical and economic imperative. This research aimed to design and fabricate an intelligent cementitious composite for use in canal linings. To this end, a combined macro- and nano-scale technological approach was employed. A three-dimensional spacer fabric was incorporated as a macro-scale reinforcement, and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were added as a nano-scale reinforcement to the cementitious matrix. Additionally, the comparative effect of microsilica (Micro Sililca) on the mechanical properties of textile concrete was investigated. Specimens were prepared in two main groups: conventional concrete (Series C) and textile concrete (Series TC), with thicknesses of 10 mm and 60 mm. Various weight percentages of MWCNTs and Micro Sililca (0.5%, 1%, and 2%) were added using dry and wet mixing methods. Control specimens without additives were also fabricated as a baseline. A comprehensive experimental evaluation was conducted at curing ages of 7 and 28 days, encompassing: mechanical tests (flexural strength, modulus of elasticity, toughness, and fracture toughness), hydraulic tests (determination of permeability coefficient), durability tests (immersion in magnesium sulfate solution for up to 90 days and freeze-thaw cycles up to 300 cycles), and microstructural studies (scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and porosity analysis). The findings indicated that the optimal MWCNT content was 0.5 wt% for conventional concrete (specimen CNT10_1) and 1 wt% for textile concrete (specimens TCNT10_2 and TCNT60_2). At these optimal levels, the 28-day flexural strength increased by 24%, 65%, and 24%, respectively, compared to the control specimens (C10_0, TC10-0, and TCNT60_2). Although microsilica also improved flexural strength (up to 13% improvement in specimens containing 2% Micro Sililca), the performance of MWCNTs at lower dosages was superior in terms of strength and toughness enhancement. Adding MWCNTs beyond the optimal percentage led to a reduction in strength due to agglomeration and poor dispersion. These three optimal compositions also led the way in other mechanical properties. The optimized specimens reduced hydraulic permeability by up to 31% and 35% in Series TC and C, respectively. In the sulfate environment, the degradation rate was significantly lower in Series TC compared to Series C. Freeze-thaw cycles also demonstrated the superiority of Series TC specimens, particularly at the optimal MWCNT concentration. Microstructural analyses confirmed complete interfacial transition zone integrity and uniform dispersion of nanotubes. To investigate the nano-scale mechanisms responsible for these improvements, advanced characterization techniques including FESEM imaging, BET surface area analysis, and EDS mapping were employed. These techniques verified the uniform distribution of nanotubes, reduction in porosity, and formation of bridging networks within the matrix at the optimal state.
استاد راهنما
محمد شايان نژاد , مهدي حجازي
استاد مشاور
جهانگير عابدي كوپائي , منوچهر حيدرپوراسفرجاني
استاد داور
الهام فاضل , محمد شيخ زاده , مسعود نوشادي