به طور کلی بتن،کامپوزیتی معدنی است که اجزای مختلف در آن بوسیله واکنش شیمیایی صورت گرفته، در خمیر سیمان ثابت باقی می مانند.در شکل (1) مقیاس ذرات مورد استفاده در تهیه کامپوزیت بتن قابل مشاهده است.

 

 

شکل (1) مقیاس ذرات مورد استفاده در تهیه بتن

 

 

در سالهای اخیر تمایل به استفاده از نانو ذراتی چون نانوسیلیکا و نانولوله های کربنی در جهت تقویت کنندگی خواص بتن مورد توجه قرار گرفته است که در میان تمامی نانوذرات مورد استفاده سیلیکا بیشتر مورد توجه بوده و به مصرف تجاری رسیده است.در کامپوزیت های بر مبنای سیمان پرتلند با بازدهی بالا در دو پدیده اثر پرکن[1]و واکنش پزولاتیک[2] که در آن کلسیم هیدروکساید (Ca(OH)₂) مصرف شده و کلسیم سیلیکات هیدراته(C-S-H) ایجاد می کند مواد سیلیکایی اجزای اصلی اثر گذار هستند. بنابراین استفاده از نانوسیلیکا با اندازه ذرات کوچکتر و محتوای سیلیس بالاترمی تواند بر خواص نهایی محصول کامپوزیتی اثر گذار باشد. استفاده از نانو سیلیکا باعث بهبود خواص سایشی و استحکام ماده در کنار کاهش نفوذپذیری و کاهش حجم خشک[3] سیمان می شود. در شکل (2) چگونگی عملکرد  پرکنندگی نانوسیلیکا در بستر کامپوزیت قابل مشاهده است.

 

 

شکل(2) نمایی شماتیک از اثر پرکنندگی ذرات نانوسیلیکا در بستر کامپوزیتی بتن

 

 

می­توان اثرات مثبت نانو ذرات سیلیکا در ساختمان بتن را در موارد زیر خلاصه کرد:

• توزیع مناسب نانوذرات، ویسکوزیته فاز مایع را افزایش داده و باعث میشود دیگر ذرات متشکله کامپوزیت بتن به صورت سوسپانسیون باقی مانده و کارکرد سیستم را بالا می برد.
• نانوذرات حفره های میان ذرات سیمان را پر کرده و منجر به ثابت نگه داشتن آب آزاد می شود.
• نانوذراتی که به خوبی توزیع شده اند به عنوان هسته های کریستالیزاسیون در سیمان هیدراته عمل کرده و سرعت هیدراسیون را افزایش می دهند.
• نانوذرات فرایند تشکیل کریستالهای کوچک Ca(OH)₂ را بهبود داده و خوشه های C-S-H را یکنواخت می کند.
• نانوذرات SiO₂ در واکنش های پزولانیک شریک شده و باعث مصرف بیشتر Ca(OH)₂ و تشکیل مقادیر بالاتر C-S-H می شود.
• نانوذرات ساختار اگریگیت را بهبود داده و با افزایش محل تماس منجر به پیوند بهتر بین خمیر سیمان و اگریگیت ها می شود.
• مقاومت در مقابل ترک خوردگی و اثر هم بندی میان صفحات لغزشی باعث افزایش سفتی،استحکام و مقاومت انعطافی مواد بر مبنای سیمان خواهد شد.
• با استفاده از نانوذرات سیلیکا امکان تهیه بتن با مقدار مصرف سیمان کمتر و با استحکام تراکمی مشابه فراهم آمده است.

به طور کلی واکنش بین سیمان و آب منجر به تولید    calcium silicate hydrate  می شود که این سبب ایجاد خواص مکانیکی و استحکام بتن می شود محصول فرعی این واکنشcalcium hydroxid (Ca(OH)2) و حفره های ژلی است. مشکل اصلی ایجاد تخریب در صنعت سیمان، ترک خوردگی می باشد از عوامل موثر در ترک خوردگی سیمان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

واکنش Alkali silica که سبب ترک خوردگی سیمان می شود در پی این ترک خوردگی احتمال نفوذ به داخل حفره ها و ترکهای در حد میکرو در سیمان سبب تخریب و تجزیه سریع سیمان می شود.  انبساط و جمع شدگی در سیمان که منجر به ترک خوردگی می شود به حمله یونهای سولفات بستگی داشته و باعث تجزیه نهایی سیمان می شود.

2C3S+6H → C3S2H3+3CH

2C2S+4H → C3S2H3 +CH

در معادلات شیمیایی بالا CH  نشان دهنده Ca(OH)₂ وCSH نشان دهنده CaO-Si-H2O می باشد. ایجاد پیوند(ژل) C-S-H سبب استحکام بتن شده در صورتیکه  C-H خواص شیمیایی نداشته و به راحتی حذف می شود و تمایل شدیدی به chemical  attack  دارد. حال با افزودن موادی که خاصیت سیمانی داشته مانند  سیلیکا، آلومینا و …. سبب واکنش CH  اضافی محصول فرعی شده و ایجاد ژل اضافی   C-S-H  می کند. جایگزین شدن C-S-H   به جای   CH و پالایش حفره ها منجر به کاهش نفوذپذیری گازها و آب در سیمان می شود.  از طرف دیگر با کاهش درصد CH  احتمال   Sulphate attack  و chemical leaching  می تواند کاهش یابد.

محققان در سراسر دنیا تلا ش کرده اند برای حل مشکل ترک خوردگی سیمان، از طریق استفاده از روش های مختلف، واکنش pozzolanic  سیمان را با استفاده از مواد ویژه، افزایش داده وبوسیله واکنش شیمیایی  C-H  و تبدیل آن به   C-S-H و همچنین با مکانیسم پرکردن حفره ها با موادی که خاصیت سیمانی دارند، از این پدیده جلوگیری نمایند.

موادی که خاصیت سیمانی دارند وبعنوان مواد پزولانیکی شناخته شده و می توانند واکنش ها و عملیات های بالا را انجام دهند عبارتند از

• Fly ash
• Ground granulated blast furnace slag
• Condensed micro silica fume
• Rice husk ash
• Metakaoline
• Micro and Nano Silica

از مواد نانویی که در سیمان استفاده می شود می توان به نانو سیلیکا، نانو آلومینا، زیر کونیا و نانو اکسید آهن و ….. اشاره کرد.

افزایش نانو سیلیکا احتمال واکنش   C-H   را افزایش داده و سبب استحکام سیمان می شود و از دیگر اثرات نانو سیلیکا می توان به پر کردن حفرات اشاره کرد . نانو سلیکا می تواند با کریستالهای    CH(Ca(OH)2) واکنش دهد و تولید ژل  C-S-H  کند. بنابراین سایز و مقدار کریستالهای   C-H    بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافته و خاصیت early age strength    خمیر سیمان سفت شده افزایش می یابد. در مقایسه میکرو سیلیکا و نانو سیلیکا، نانو سیلیکا استحکام فشاری و استحکام پیوند بهینه تری را نشان می دهد. در تحقیقات مختلف نشان داده شده است که افزایش نانو سیلیکا منجر به حذف کلسیم  ازخمیر سیمان می شود . بر اساس نتایج نانو سیلیکا در حدود 30% افزایش استحکام را به همراه دارد.

از جمله اثراتی که حضور نانو سیلیکا در بتن به همراه دارد می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

• کاهش porosity
• تبدیل کردن portlandite (CH)    به ژل    C-S-H  به روش واکنش Pozolanic
• افزایش طول میانگین زنجیره سیلیکا

 

برخی از دانشمندان بر این عقیده هستند که ذرات نانو سیلیکا بعنوان یک فیلر برای پر کردن فضاهای خالی حفره ها عمل می کنند. اگر نانو سیلیکا بتواند به خوبی دیسپرس شود می تواند به عنوان یک مرکز هسته زایی ویا مرکز تشکیل کریستال محصولات هیدارته شده عمل کند بنابراین وقتی سرعت هیدراتاسیون افزایش می یابد نانو سیلیکا تمایل به سمت تشکیل کریستالهایCH  سایز ریزتر  و کلاسترهای هتروژن ترکیب C-S-H  را دارد. بهرحال آنها در طی آزمایشات خود متوجه شدند که نانو سیلیکا ساختار نقطه ای ITZ  بین خمیر و اگریگیت ها را بهبود می بخشد.

محدودیت استفاده از نانو سیلیکا در سیمان به دلیل خاصیت خود خشک شوندگی و احتمال بالای وقوع   Shrinkage در غلظت های بالا از نانو سیلیکا و در نهایت ایجاد ترک وجود دارد. برای جلوگیری از این پدیده در غلظت های بالای نانو سیلیکا از افزایش کنترل شده سوپرپلاستیسایزرها استفاده می کنند.

اندازه گیری تغییرات ویسکوزیته (رئولوژی) خمیر سیمان و ملات شن و ماسه به طور غیر مستقیم اثر شتاب دهندگی نانو سیلیکا در سیمان را پیش بینی می کند.  نتایج اثبات می کند که خمیر سیمان و ملات شن و ماسه به همراه نانو سیلیکا جهت حفظ خاصیت  workability   به میزان آب  بیشتری نیاز داردکه این آب اضافه باعث افزایش تمایل نانو سیلیکا به جذب گونه های آنیونیک در بستر آب و تشکیل آگلومره ها می شود و به همین علت در کنار آن باید از یک افزودنی  دیسپرس کننده یا پلاستیسایزر استفاده شود.

در تحقیقی دیگر، اثرات نانو سیلیکا بر خواص بتن از جمله خواص مکانیکی و دوام سیمان، استحکام  فشاری و کششی و جذب آب و میزان جذب کلرید توسط بتن مورد بررسی قرار گرفته است. این محقق در آزمایشات خود متوجه شد که استحکام فشاری و کششی بتن در حضور نانو سیلیکا افزایش یافته که این نتیجه نشان دهنده فعالیت پوزولانی نانو سیلیکا است. از طرف دیگر افزایش نانو سیلیکا سبب بهبود نقطه (ITZ  ) شده و همچنین نتایج تست های جذب آب و جذب موئینگی و توزیع یون کلرید نشان دهنده این است که سیمان حاوی نانو سیلیکا مقاومت به نفوذ بهتری را از خود نشان می دهد.

حضور موادی باخاصیت سیمانی سبب کاهش مصرف سیمان، افزایش ویژگیهای فیزیکی بتن و کاهش تولید کربن در محیط زیست می شود.  میکرو سیلیکا فیوم به صورت واکنش شیمیایی با کلسیم هیدروکسید و تشکیل ژل      C-S-H در مرحله پایانی عمل می کند و اغلب حفره ها و سوراخ ها را در خمیر سیمان تازه و سخت شده پر می کند و از طرف دیگر سبب افزایش دانسیته بتن می شود.

برخی از دانشمندان بر این عقیده هستند که افزایش 1 کیلوگرم از سیلیکا فیوم (SF) منجر به کاهش مصرف 4 کیلوگرم سیمان می شود که این میزان کاهش مصرف سیمان در مورد نانو سیلیکا بیشتر خواهد شد.

محقق دیگری اثر افزایش نانو سیلیکا بر قدرت نفوذپذیری و استحکام فشاری سیمان های مورتار Fly ash              را بررسی کرده و این گروه از مطالعه آنالیز حفره ها اینطور گزارش می کنند که نفوذپذیری نسبی و سایز حفرات سیمان با حضور نانو سیلیکا کاهش یافته است در حالیکه قدرت فشاری بدلیل حضور نانو سیلیکا افزایش یافته است.

محقق دیگری اثرات افزایش نانو سیلیکا در سیمان  high volume fly ash را مورد بررسی قرار داده و نتایج مقایسه ای بیانگرافزایش چشمگیر فعالیت پوزولانیکی سیمان بر پایه Fly ash است.

نتایج تحقیقات نشان داده است که حضور نانو سیلیکا باعث بهینه شدن استحکام فشاری در sludge/fly ash mortar   می شود.

در تحقیقی دیگر، یزدی و همکارانش به بررسی اثر نانو سیلیکا بر سیمان concrete (HFC)  high volume fly ash پرداختند گزارشات آنها حاکی از آن است که بدلیل واکنش پذیری پوزولانیکی پایین    Fly ash    ها استحکام سیمانHFC به میزان قابل ملاحظه ای پایین آمده است اما با افزودن نانو سیلیکا خاصیت پوزولانیکی سیمان بهبود یافته که این خاصیت سبب افزایش استحکام در این نوع سیمان می شود.

بررسی های تجربی انجام شده توسط پژوهشگر دیگری به نام برزه گر و همکارانش نشان می دهد که با افزایش نانو سیلیکا (به صورت پوسته برنج و agro-industry waste) ویژگیهای سیمان Self compacting از لحاظ خواص فیزیکی و خواص مکانیکی بهبود یافته است.

محقق و پژوهشگر دیگری بنام نظری و همکارانشان به بررسی ویژگیهایی مانند ارزیابی قدرت کشش و چگونگی رفتار حرارتی میکروساختارها سیمان که حاوی مقدارهای متفاوت از ground granulated blast furnace slag  و همچنین نانو سیلیکا بعنوان binder  پرداخته اند. در این پژوهش سیمان با 45 درصد از ground granulated blast furnace slag  و 3 درصد نانو سیلیکا جایگزین شده که در نتایج بدست آمده در این پژوهش افزایش استحکام فشاری بدلیل کاهش درصد کریستالهایCa(OH)₂ مشاهده می شود. اما از نکاتی که در این یررسی تاکید شده، این است که جایگزی کردن 3 درصد نانو سیلیکا در سیمان می تواند سبب کاهش قدرت کشش نمونه ها شود. ارزیابی قدرت استحکام فشاری سیمان مورتار mortar   با نانو سیلیکا و سیلیکا فیوم در        ratio=w/c مختلف بررسی شده است.

نتایج تجربی این تحقیق نشان می دهد که در تست مقاومت فشاری سیمان مورتار در 7 و 28 روز که حاوی نانو سیلیکا است در مقایسه با سیمان موتار که حاوی سیلیکای فیوم است،  مقاومت فشاری بهتری را از خود نشان می دهد. بوسیله متد کنترلی روش  SEM هیدراتاسیون و مقدار باقیمانده Ca(OH)₂ و همچنین سرعت ارزیابی حرارتی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد.

دانشمند دیگری اینطور در آزمایشات خود متوجه شده که با جایگزین کردن نانو سیلیکا در حدود 2 درصد وزنی سیمان خشک با 50 درصد GGBS Cement نه تنها زمان setting time را تغییر نمی دهد بلکه باعث افزایش استحکام فشاری در حدود 22 درصد برای ارزیابی 3 روزه و 18 درصد برای ارزیابی 7 روزه در مقایسه با slag concrete می شود. آنها همچنین کاهش خاصیت موئینگی ناشی از حفرات بزرگ و افزایش  تخلخل متوسط در خمیر سیمان slag  در 28 روزه را گزارش کرده اند. کاهش سایز نانو سیلیکا نسبت به سیلیکا فیوم اثر بیشتری را در سرعت هیدراتاسیون سیمان و واکنش پذیری آن دارد. برخی از محققیق دیگر از نانو سیلیکا برای کاهش    setting time   و افزایش استحکام سیمانی که حاوی حجم بالایی از fly ash یا  slag  استفاده کرده اند.

نتایج تجربی استفاده از نانو سیلیکا در  خمیرها و مورتارها و بتن هایی که حاوی 50 درصد  fly ash  یا   slag   است نشان می دهد که جایگزین کردن 2 درصد وزنی نانو سیلیکا زمان گیرش  (setting time)   ابتدایی و انتهایی را کاهش داده و یک افزایش مقاومت فشاری 3 و 7 روزه برای سیمان حاوی  fly ash بالا،  به ترتیب 3 درصد تا 25 درصدی در مقایسه با بتن های حاوی 50 درصد fly ash  مشاهده می شود. بعدا این محققین متوجه شدند که نانو سیلیکا قدرت استحکام سیمان fly ash  را افزایش داده  در صورتی که تغییر استحکام را برای سیمان های حاوی slag  بهمراه نداشته است. دانشمندان دیگری به بررسی خواص مکانیکی، رئولوژی و دوام و میکروساختارهای بتنhigh performance self compacting concrete (HPSCC) که حاوی سیلیکا میکرو و نانو سیلیکا می باشد پرداختند. افزایش 2 درصدی نانو سیلیکا نسبت به سیمان خشک هم استحکام فشاری و هم درصد ترک خوردگی در حدود 62 درصد الی 25 درصد را بهبود بخشیده است. در بخش دیگر این تحقیق دانشمندان از مخلوط نانو سیلیکا به همراه میکرو سیلیکا به میزان 2 درصد استفاده کرده اند که سبب بهبود 9 درصدی درنتایج  استحکام فشاری و حدود 8 درصد در ترک خوردگی شده است.

آنها توضیح می دهند که بهبود استحکام فقط به دلیل اثر پر شدن حفره ها نیست بلکه به دلیل شتاب هیدراتاسیون سیمان که به دلیل واکنش پذیری بالای نانو سیلیکا است می باشد. به هر حال نتایج جذب آب و جذب کاپیلاری یک کاهش قابل ملاحظه ای را بوسیله افزایش نانو سیلیکا مخلوط شده با سیلیکا فیوم بعنوام   Binder را نشان می دهند.

تصویر SEM در این مطالعه نتایج زیر را نشان می دهد:

• More refined microstructure
• Smaller pores

که این دویژگی بدلیل حضور نانو سیلیکا به همراه سیلیکا فیوم ایجاد می شود که می تواند سبب بهود خواص مکانیکی، دوام و میکرو ساختارها در سیمان HPSCC   می شود.

محقق دیگری اثر درصدهای مختلف نانو سیلیکا بر سیمان را بررسی کرده است که نتایج این بررسی نشان می دهد که افزایش خواص مکانیکی و همچنین یک افزایش 20-25 درصدی در استحکام ها مشاهده شده است. در زمانهای مشابه با افزایش 1 درصدی وزنی وزنی  Superplasticizer ها در سیمان سبب کاهش نیاز به  آب شده و استحکام از 30 درصد به 35 درصد افزایش یافته است.

معمولا سیمان یک سیستم دوفازی است که این سیستم شامل خمیر سیمان و اگریگیت ها می باشد. هنگامی که ذرات ریز به سیمان اضافه می شود و سپس در تماس با آب قرار گیرد مواد تمایل خیلی زیادی را به نشست یا تشکیل اگریگیت از خود نشان می دهند که این پدیده بشدت بر رفتار رئولوژیکی خمیر و ویژگیهای نهایی سیمان موثر است. بنابراین این ضرورت وجود داردکه به کمک افزودن مخلوط شیمیایی مناسب یا به وسیله افزودن آب اضافی برای دیسپرس کردن ذرات جامد در محلول آبی،  نیروی دافعه بین ذرات کلوئیدی مجاورهم افزایش یابد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که مشکل آگلومره شدن مشکل اصلی استفاده از ذرات نانو می باشد. اگر ذرات نانو به صورت مستقیم در ترکیب بالک استفاده شود درحالیکه که ذرات به شدت اگلومره شده، اغلب مساحت سطح بالای خود را از دست داده  و به خاطر رشد سریع اگریگیت ها دیگر مساحت سطح بالایشان در دسترس نیست. اما اخیرا استفاده گسترده از آمیزه های شیمیایی برای کنترل/ اصلاح ویژگیهای سیمان سفت شده و تازه اهمیت ویژه ای پیدا کرده است.

از طرف دیگر محققان تلاش کرده اند با استفاده از عوامل دیسپرس کننده مانند سوپرپلاستیسایزرها در بتن های    high performance concretes  که شامل حجم بالایی ازsupplementary cementing materials (SCMs) هستند را بهینه نمایند. مواد دیسپرس کننده مانند سوپرپلاستیسایزرها اغلب در سیمان هایی که مشکلات ویژه ای مانند کاهش یافتن  workability  با گذشت زمان است استفاده می شود.

نانو سیلیکا در بتن سبب افزایش دانسیته، کنترل تولید حفره ها،  همچنین سبب بهبود بخشیدن پیوند بین بافت سیمان و اگریگیت ها می شود و در نهایت افزایش مقاومت خمشی و فشاری را باعث می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که استحکام فشاری بتن مورتار با نانو سیلیکا بالاتر از استحکام فشاری بتن مورتار با سیلیکا fume در 7 و 28 روز می باشد. از تحقیقات سایر محققین می توان دریافت که نانو سیلیکا تنها بعنوان یک فیلر برای بهبود microstructure نیست اما اغلب بعنوان یک فعال کننده برای بالا بردن واکنشهای پوزولانیکی می باشد و     مواد سوپر پلاستی سایزر نقش مهمی در طول مخلوط کردن سیمان با نانو سیلیکا دارند.

دانشمند دیگری بر روی فعالیت پوزولانیکی نانو سیلیکا و سیلیکا fume مطالعه مقایسه ای را انجام داده است که نتایج نشان دهنده این است که خمیر سیمانی که شامل Ca(OH)₂ و نانو سیلیکا بوده است خاصیت استحکام فشاری آن بهبود یافته است و همچنین سرعت واکنش و سرعت تشکیل ژل  C-S-H با حضور نانو سیلیکا بهبود یافته است.

بهر حال اینطور گزارش شده است با مقدار کمی از نانو سیلیکا کریستالهای Ca(OH)₂ در فصل مشترک بین خمیر سیمان سخت شده، ممکن است که یک جذب موثری را در بتن های high performance concretes     داشته باشند. دانشمند دیگری به بررسی پروسه هیدراسیون سیمان  Ca₃SiO₅ و همچنین اثرات شتاب دهندگی سیلیکا کلوئیدی و نقش آب در طول هیداسیون پرداخته اند که در طول این مطالعات مشاهده شده است در حضورسیلیکا کلوئیدی انحلال فاز C₃S شتاب یافته و بنابراین تشکیل فاز C-S-H سریع اتفاق می افتد.

محقق دیگری به بررسی اثرات نانو سیلیکا بر کاهش سرعت حذف کلسیم در خمیر سیمان پرداخته است. احتمال کاهش حذف کلسیم به 3 روش انجام می شود:

• کاهش Porosity
• انتقال portlandite به ژل  C-S-H به وسیله واکنش پوزولانیکی
• اصلاح ساختار درونی ژل C-S-H

در نهایت این طور نتیجه می شود که افزایش نانو سیلیکا می تواند تخریب و تجزیه  C-S-H را بخاطر از دست دادن کلسیم بهبود بخشد. نتایج تحقیقات اینطور نشان می دهند که پر شدن مناسب حفره های پیوسته و نا پیوسته در بستر سیمان هیدراته شده با استفاده از نانوسیلیکا می تواند سبب افزایش استحکام فشاری مورتار و سیمان شود و در نهایت سیمانی با طول عمر و دوام بالا تولید کرد.

در تحقیقی که توسط Aiu و همکاران صورت گرفته است با اضافه کردن 10% نانوسیلیکا، استحکام کششی بتن در حدود 50% افزایش داشته است. استفاده همزمان از نانوسیلیکا به همراه دیگر مواد پوزولانیک چون خاکستر، خواص پلاستیسیتی و بازدهی سیمان را افزایش می دهد. در مقایسه ای که بین سیمان با خاکستر بالا و سیمان معمولی صورت گرفته است، مشاهده می شود که بعد از سه روز از پخت سیمان، در سیمان معمولی به تر تیب حجم حفرات افزایش می یابد و این بر استحکام بتن اثرگذار می باشد، این پدیده نشان می دهد که نسبت آب به سیمان در تعیین استحاکم نهایی بتن تولید شده تاثیر گذار خواهد بود.

در تحقیقی که توسط کمالی و همکاران در دانشگاه آزاد اسلامی واحد مهاباد صورت گرفته است، تاثیر نسبت آب به سیمان در استحکام فشاری بتن های حاوی میکرو سیلیکا مورد بررسی قرار گرفته است.

در این بررسی بتنی با نسبت 5/7% میکروسیلیس با استفاده از سیمان پرتلند نوع یک و با نسبت آب به سیمان 33/0، 36/0، 40/0، 44/0 و 5/0 تهیه شده است و به جز این نسبت بقیه پارامترهای موثر در تمامی نمونه ها ثابت در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل شده نشان می دهد که با افزایش میزان آب به سیمان از مقدار 33/0 تا 5/0 استحکام فشاری و مقاومت سایشی در نمونه های تولید شده کاهش یافته است. این میزان کاهش در مقاومت های 7 روزه، 28 روزه و 91 روزه تا حدود 25% می باشد.

الکاری و همکاران در پژوهشی که در مرکز تحقیقات عمران و محیط زیست مصر انجام داده اند، بر روی اثرات داگلومره کردن نانو سیلیکا و استفاده از انواع پلاستی سایزرها کار کرده اند. در این پژوهش از روشهای مختلف برای دیسپرس کردن نانوسیلیکا استفاده کرده و ماده سوپر پلاستی سایزر را در زمانهای مختلفی از این اختلاط به آن اضافه کرده اند.، به طور کلی هدف از این پژوهش رسیدن به راهی می باشد که بیشترین امکان استفاده از مساحت سطح سیلیکا در ساختار بتن فراهم آید. برای باز کردن اگلومره های نانوسیلیکا در بستر بتن از سه روش سونیکاسیون، هموژنایزر و همزن استفاده شده است و در کنا آن زمان افزودن سوپر پلاستی سایزر به مخلوط بتن حاوی نانوسیلیکا از روشهاسی مختلف بهینه سازی شده است. حالات مختلف بررسی شده شامل اضافه کردن نانوسیلیکا به مخلوط سوپرپلاستی سایزر و آب و بعد استفاده از روشهای مختلف داگلومراسیون و یا داگلومراسیون نانوسیلیکا با بخشی از آب و اضافه کردن ماده سوپرپلاستی سایزر به باقیمانده آب قبل از اضافه کردن کامل به مواد پودری می باشد. نتایج نشان می دهد که روش سونیکاسیون بهترین جواب را برای داگلومراسیون سیمان داشته و با جایگزینی 1% نانوسیلیکا با سیمان، استحکام فشاری بتن تا 23% افزایش داشته است. در مورد زمان اضافه کردن ماده سوپر پلاستی سایزر نیز روش دیسپرس کردن نانوسیلیکا در یک حجم اولیه آب و اضافه کردن سوپر پلاستی سایزر به باقیمانده حجم آب تاثیر بالاتری بر خواص نهایی داشته و استحکام فشاری نمونه را نسبت به نمونه مرجع حدود 26% افزایش می دهد.

 

 بررسی های انجام شده بر نانوسیلیکای تولیدی شرکت فدک

در یک پژوهش علمی میزان نانوسیلیکا از یک تا چهار درصد در فرمولاسیون بتن تهیه شده تغییر کرده و برای توزیع بهتر نانو سیلیکا از مواد سوپر پلاستی سایزر استفاده کرده است و در کنار آن نسب آب به سیمان نیز کنترل شده است. نتایج بدست آمده به صورت نموداری در شکل زیر قابل مشاهده است. همانطور که قابل مشاهده است با افزودن نانو سیلیکا از چهار به شش درصد، استحکام فشاری کاهش یافته و به همین علت در درصدهای بالاتر بررسی صورت نگرفته است.

نمودار(1) تغییر استحکام فشاری با تغییر درصد نانوسیلیکا

 

نمودار(2) میزان افزایش استحکام ناشی از افزودن نانو سیلیکا

ویژگی دیگری که این گروه به بررسی آن پرداختند تاثیر نانو سیلیکا بر میزان نفودپذیری آب بداخل بتن بوده است که نتایج حاکی از آن است که با افزایش درصد نانو سیلیکا در فرمول بتن میزان نفوذپذیری آب به داخل بتن کمتر شده است

در بررسی دیگر، در بتن حاوی خرده لاستیک به همراه نانو سیلیکا نتایج حاکی از آن است که با ساخت بتن های حاوی نانو سیلیکا مقاومت فشاری بهینه تری را نشان داده است به گونه ای که مقاومت هفت روزه در حدود 5/34 درصد افزایش داشته و مقاومت 28 روزه در حدود 7/36 درصد در نمونه های حاوی نانوسیلیکا افزایش داشته است. با افزودن نانوسیلیکا مقاومت خمشی نمونه نیز به اندازه 10 درصد افزایش داشته است.

از طرف دیگر این گروه به بررسی خواص مقاومتی  و دوام بتن سبک حاوی نانو سیلیکا پرداختند نتایج حاکی از آن است که با افزایش درصد نانو سیلیکا از 1 تا 3 درصد در فرمول بتن مقاومت آن افزایش یافته و از طرف دیگر نفوذیری آب به بتن کمتر شده است.

 

در پژوهشی متفاوت تاثیر نانوسیلیکا برخواص بتن واکنش پذیر تولید شده بررسی شده است. این بررسی ها نشان می دهد، مقاومت فشاری بتن پودری واکنش پذیر با استفاده از پودر نانوسیلیکا نسبت به نمونه کنترل بین 7% تا 14% افزایش داشته است. همچنین مقاومت کششی بتن پودری واکنش پذیر با استفاده از پودر نانوسیلیکا نسبت به نمونه کنترل حدود 40% افزایش پیدا کرد. البته افزودن پودر نانوسیلیکا تاثیر چندانی در مقاومت خمشی بتن پودری واکنش پذیر نداشته است. لازم به ذکر است تمام آزمایشات فوق به روش طرح آزمایش تاگوچی طراحی و بهینه سازی شده است.