مدلسازی ژل هیدرات سیلیکات کلسیم به روش دینامیک مولکولی - دانشکده فنی و مهندسی
مدلسازی ژل هیدرات سیلیکات کلسیم به روش دینامیک مولکولی
نوع: Type: پایان نامه
مقطع: Segment: کارشناسی ارشد
عنوان: Title: مدلسازی ژل هیدرات سیلیکات کلسیم به روش دینامیک مولکولی
ارائه دهنده: Provider: عرفان طاهری - مهندسی عمران
اساتید راهنما: Supervisors: دکتر امیر رضائی صامتی
اساتید مشاور: Advisory Professors:
اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر محمود نیلی و دکتر فریدون رضایی
زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 10 - 1405/2/23
مکان ارائه: Place of presentation: کلاس 44 دپارتمان عمران
چکیده: Abstract: ژل هیدرات سیلیکات کلسیم (C–S–H) به عنوان فاز غالب در میکروساختار بتن سیمان پرتلند، نقش تعیینکنندهای در کنترل خواص مکانیکی، دوام و پایداری بلندمدت این ماده ایفا میکند. این فاز دارای ساختاری نانومتری، بینظم و بهشدت حساس به متغیرهای محیطی است. در بسیاری از کاربردهای مهندسی عمران، بهویژه سازههای در تماس مستقیم با محیطهای آبی مانند سدهای بتنی، تونلهای زیرزمینی، مخازن ذخیرهسازی و سازههای دریایی، ژل C–S–H تحت تنشهای هیدرواستاتیک قابلتوجهی قرار میگیرد. در این نوع بارگذاری، فشار بهطور یکنواخت از تمامی جهتها به ساختار ماده اعمال میشود. وجود همزمان این بارگذاری با نوسانات دما، تغییرات رطوبت و واکنشهای شیمیایی، رفتار مکانیکی ژل C–S–H را به پدیدهای پیچیده و چندمتغیره تبدیل میکند که مطالعه تجربی آن در مقیاس آزمایشگاهی با چالشهای اساسی روبهرو است. در این پژوهش، رفتار حجمی و مکانیکی ژل C–S–H تحت بارگذاری هیدرواستاتیک بهصورت جامع و با رویکرد عددی در مقیاس اتمی با استفاده از روش شبیهسازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. مدلهای اتمی ژل C–S–H در محدوده هشت نسبت کلسیم به سیلیسیم (C/S)، پنج سطح رطوبت نسبی و شش دمای متفاوت ساخته و تحلیل شدهاند. پاسخ مکانیکی ژل C–S–H از طریق تحلیل منحنیهای فشار هیدرواستاتیک بر حسب منحنیهای کرنش حجمی-فشار، فشار-مدول حجمی، فشار-تراکمپذیری و میزان پیوندهای بیناتمی ارزیابی گردید. نتایج نشان میدهد که رطوبت بیشتر (75 و 100 درصد) و دماهای میانی (300 تا 500 کلوین) موجب افزایش تحرکپذیری ساختاری، کاهش سختی حجمی و افزایش تراکمپذیری ژل میشوند. فشار هیدرواستاتیک بیشتر، تأثیر غالب بر رفتار ژل دارد و با افزایش آن، اختلاف پاسخ نمونهها در شرایط محیطی مختلف کاهش مییابد. نسبتهای میانی C/S (حدود 5/1 تا 9/1) رفتار مکانیکی بهینهای ارائه میدهند و با پایداری ساختاری و ظرفیت باربری بیشتر همراه هستند، درحالیکه نسبتهای بسیار کم یا بسیار زیاد باعث افزایش تراکمپذیری و کاهش یکنواختی منحنی کرنش حجمی-فشار میشوند. رفتار ناهمسانگرد ژل C–S–H حتی تحت بارگذاری هیدرواستاتیک مشاهده شد؛ بهطوریکه کرنشها در راستای محور z معمولاً بزرگتر از راستاهای x و y هستند و حساسیت بیشتری به تغییرات رطوبت و دما نشان میدهند. افزایش رطوبت و فشار موجب کاهش ناهمسانگردی و بهبود عملکرد میشود، درحالیکه دماهای بیشتر، کرنش محوری در راستای z را افزایش داده و مقاومت ژل را کاهش میدهند.