بررسی استحکام بتن با استفاده از اکسید گرافن

هدف دانش آموزان از پژوهش حاضر بررسی استحکام بتن با استفاده از اکسید گرافن بود.

بخش پروژه های دانش آموزی - مهدی رحمانی

دوازدهمین دوره  از پروژه ‌های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال ‌های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ‌ها و ایده ‌های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ‌ها یاری نموده اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده ‌های جالب ، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده بروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح ‌های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: بررسی استحکام بتن با استفاده از اکسید گرافن

نام ارائه دهنده/دهند گان: شارلین یاشارال و علیه معالجی

زمینه و نوع پروژه: معماری

درجه سختی: متوسط

نام مدرسه: دبیرستان علامه جعفری تهران

مقدمه

بتن در اثر ترکیب مواد مختلفی به وجود می آید. یکی از این ترکیبات سیمان است. سیمان فراورده ای است شیمیائی که دارای خاصیت چسبندگی است و در اثر تماس با آب سفت و سخت شده و محصول حاصله در برابر آب و رطوبت از دوام و مقاومت بالایی برخورادر است سیمان در اخطلاط با شن و ماسه و آب سفت شده و جسمی توپر و یک پارچه به نام بتن را تشکیل می دهد نقش سیمان در بتن فقط به عنوان چسباننده دانه های سنگی به یک دیگر است و به خودی خود در مقاومت و باروری بتن نقشی ندارد.

تقریبا 60 تا 70 درصد از حجم بتن را مصالح سنگی تشکیل می دهند از این رو در رفتار بتن نقش بزرگی دارند. اولین قدم در جهت ساخت بتن با کیفیت مطلوب استفاده از مصالح سنگی مرغوب است که به دو جزء شامل شن و ماسه تقسیم می شوند. مصالح سنگی به دو صورت مصالح سنگی طبیعی و مصالح سنگی شکسته مورد استفاده قرار می گیرد مصالح سنگی طبیعی از بستر رودخانه ها به دست می آیند که این نوع شن و ماسه به صورت گرد گوشه و کروی شکل می باشند و دیگری مصالح سنگی شکسته است که از خرد کردن سنگ های بزرگ توسط دستگاه های سنگ شکن تولید می شوند این نوع شن و ماسه دارای دانه هایی تیز گوش و سطوحی خشن می باشند که موجب چسبندگی بهتر به سیمان می شود و برای تهیه بتن مناسب می باشد.

شن و ماسه از نظر قطر ذرات آن ها تشخیص داده می شوند بر اساس استاندارد قطر ذرات شن از 2 میلی متر تا 76/2 میلی متر می باشد و قطر ذرات ماسه از 075/0 تا 2 میلی متر تغییر می کند.

آب یکی از اجزاء اصلی به کار رفته در بتن محسوب می شود و فقط به سبب وجود آب است که واکنش های شیمییایی در بتن انجام می شود. کیفیت آب در بتن از اهمیت خاصی برخوردار است زیرا ناخالصی های موجود در آب ممکن است در گیرایی سیمان اثر گذاشته و موجب به وجود آمدن اختلالاتی شود.

هرگز نباید در بتن از آب های آلوده و آب جوی ها و فاضلاب و آب هایی که املاح زیاد دارند استفاده کرد و بهترین گزینه برای استفاده آب آشامیدنی است. یكی از مهم ترین پارامترهای تاثیر گذار بر دوام سازه های بتنی شرایط و نحوه عمل آوری آن ها می باشد. به طوریكه یك بتن با كیفیت مطلوب (از نظر نسبت آب به سیمان، عیار سیمان، بافت دانه بندی مناسب) می تواند عملكرد ضعیف تری در شرایط محیطی بهره برداری در برابر عوامل مخرب نسبت به یك بتن با كیفیت ساخت پایین تر به جهت شرایط نامناسب عمل آوری داشته باشد. مواد مختلفی می توانند بر استحکام بتن تاثیر بگذارند. امروزه از فناوری نانو در جهت بهبود کیفیت بتن استفاده می شود. اما یکی از ترکیباتی که فرض می شود می تواند در این جهت تاثیر به سزایی بگذارد اکسید گرافن است.

گرافن در واقع یک صفحه دو بعدی از اتم های کربن است که ساختار 6 ضلعی یا لانه زنبوری تشکیل می دهد و در واقع از ماده ای به نام گرافیت تشکیل شده است این اصطلاح برای اولین بار درسال 1986 از ترکیب کلمه گرافیت و یک پسوند N که به هیدرو کربن های آروماتیک چند حلقه ای اشاره دارد ایجاد شده است.

صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارد و زوایای بین آن ها برابر است با 120 درجه. بنابراین در این حالت اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از 6 ضلعی های منتظم را در حالت ایده آل ایجاد می کند. طول پیوند کربن کربن در گرافیت حدود 14 صدم نانومتر است پیوند بین اتم های کربن بسیار محکم است و از نوع کوالانسی بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد.

هدف

هدف دانش آموزان از پژوهش حاضر بررسی استحکام بتن با استفاده از اکسید گرافن بود.

روش

دانش آموزان جهت انجام پروژه حاضر از اکسید گرافن که از شرکت دانش بنیان سرآمدان اندیشه آوینا تهیه گردید استفاده کردند. سپس درصدهای مختلفی از اکسید گرافن شامل 05/0 درصد، 1/0 و 5/0 درصد تهیه شد. همچنین تهیه بتن از سیمان، شن و ماسه به نسبت 2:1:1: صورت گرفت. در نمونه مورد آزمایش بتن شاهد فاقد اکسید گرافن بوده و نمونه های مورد آزمایش حاوی اکسید گرافن با درصدهای مختلف بودند. سپس نمونه ها با آب ترکیب گردیده و در ظروف پلاستیکی به عنوان قالب بتن ریخته شد. روزانه نمونه ها توسط آب شیر خیس و مرطوب نگه داشته شدند. بعد از یک هفته نمونه ها به آزمایشگاه مربوطه جهت تست استحکام فرستاده شدند.

مهارت های کسب شده

1. روش ایده یابی (بارش مغزی)

2. مهارت کار در آزمایشگاه (رعایت نکات ایمنی)

3.  آشنایی با مهارت کاربرد ابزار و وسایل مورد نیاز

4.  آشنایی با پروپوزال نویسی

5. آَشنایی با مقاله نویسی

6. آشنایی با تهیه پاورپوینت

7. آشنایی با نحوه جستجوی اطلاعات

8. آشنایی نحوه فیش برداری

9. مهارت ساخت پوستر علمی

10. مهارت انجام کارگروهی

تنظیم کننده: محبوبه همت