عنوان	تاثیر هیدراتاسیون سطحی بر رفتار مکانیکی میله‌های نازک فولادی در محیط‌های قلیایی بتن
نوع پژوهش	پایان نامه
کلیدواژه‌ها	میله نازک فولادی، خواص مکانیکی، دینامیک مولکولی، اکسیداسیون و هیدراتاسیون سطحی، اثرات دما و نقص ساختاری
چکیده	بتن مسلح یکی از مهم‌ترین مواد کامپوزیتی در مهندسی عمران است که با ترکیب الیاف فولادی، بهبود چشمگیری در عملکرد و پایداری سازه‌ها ایجاد می‌کند. این الیاف با توزیع یکنواخت در ماتریس بتن، ترک‌های ریز را کنترل کرده و خواصی مانند مقاومت کششی، خمشی و ضربه‌ای بتن را بهبود می‌بخشند. با پیشرفت علم و فناوری، تولید الیاف فولادی به صورت خیلی نازک در ابعاد میکرو و نانو نیز امکان‌پذیر شده است. این الیاف نانومقیاس به عنوان تقویت‌کننده با توزیع یکنواخت در ماتریس بتن پراکنده شده و باعث بهبود ساختار ترکیب سیمانی و افزایش چگالی آن می‌شوند. با توجه به کاربردهای الیاف نازک فولادی در بتن، در این پژوهش به بررسی رفتار مکانیکی این المان‌ها با به‌کارگیری شبیه‌سازی دینامیک مولکولی پرداخته شده است. در حالت کلی، به دلیل میل ترکیبی بالای آهن با اکسیژن، عموما در معرض هوا یک لایه اکسیدی نازک بر روی سطح الیاف فولادی شکل می‌گیرد. قرارگیری این تقویت‌کننده‌ها در محیط قلیایی بتن و حضور یون‌های هیدروکسید، منجر به تشکیل لایه جدید هیدروکسید آهن بر روی سطح الیاف می‌شود. از این رو در مدل‌سازی صورت گرفته، پس از ایجاد ساختار اولیه، شبیه‌سازی فرآیندهای اکسیداسیون و هیدراتاسیون بر سطح میله‌های نازک فولادی در شرایط مختلف دمایی انجام می‌پذیرد. نمونه‌ها پس از پایدارسازی در شرایط محیطی و کمینه‌سازی انرژی، تحت آزمون‌های مکانیکی متنوع قرار می‌گیرند. نتایج بیانگر رابطه معکوس بین قطر و استحکام نمونه‌ها است، به طوری که با افزایش قطر از 4 به 10 نانومتر تنش تسلیم از 8 به 58/4 گیگاپاسکال در فشار کاهش یافت که این امر می‌تواند ناشی از کاهش نسبت سطح به حجم نمونه‌ها با افزایش قطر باشد. علاوه بر این، تشکیل لایه اکسیدی روی سطح الیاف فولادی موجب افت چشمگیر تنش تسلیم می‌شود و به طور مثال این افت با افزایش ضخامت لایه اکسیدی از 15 به 25 درصد در نمونه با قطر 4 نانومتر به میزان 24/16 درصد تشدید می‌گردد. با این وجود، در الیاف با قطر بیشتر، به دلیل کاهش نسبت سطح به حجم، تأثیر منفی لایه اکسیدی بر استحکام کمتر است به طوری که میزان افت تنش با درصد اکسید تقریبی 15 درصد به ترتیب برای قطر های 4 و 10 نانومتر %22 و %95/17 می‌باشد. ریزنقص‌های ساختاری شدت تأثیر متفاوتی بر رفتار مکانیکی نمونه‌ها در آزمون‌های فشاری و کششی نشان می‌دهند، به نحوی که در آزمون فشاری، به دلیل تمرکز تنش بیشتر در نواحی معیوب، افت تنش شدیدتری مشاهده می‌شود. همچنین، افزایش دما با تسریع فرآیند اکسیداسیون، موجب کاهش استحکام و مدول یانگ الیاف می‌شود. نتایج بیانگر آن است که تشکیل لایه هیدروکسیدی در سطح الیاف فولادی، تنش را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. با این حال، در نمونه‌های با لایه اکسیدی ضخیم‌تر تحت فرآیند هیدراتاسیون، تأثیر منفی هیدروکسید کمتر است. همچنین، با افزایش قطر میله‌ها و کاهش نسبت سطح به حجم، اثر هیدروکسید بر افت تنش به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
پژوهشگران	امیر رضائی صامتی (استاد راهنما)، علیرضا موسیوند (دانشجو)