صنعت ساختمان به عنوان یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان منابع طبیعی و تولیدکنندگان گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شود و تولید سیمان سهم قابل توجهی در انتشار دی‌اکسیدکربن جهانی دارد. از این رو توسعه مصالح ساختمانی پایدار و دوستدار محیط زیست به یکی از محورهای اصلی پژوهش‌های مهندسی عمران و علم مواد تبدیل شده است. در سال‌های اخیر، استفاده از نانوذرات زیستی به‌ویژه نانوذرات سلولزی به دلیل منشأ تجدیدپذیر، زیست‌تخریب‌پذیری و توانایی تقویت ساختارهای کامپوزیتی مورد توجه قرار گرفته است (کلایست و همکاران، 2019؛ مون و همکاران، 2011). در پژوهش حاضر، نانوذرات سلولزی (CNF) از ضایعات کشاورزی ساقه برنج استخراج شده و به عنوان تقویت‌کننده زیستی در بتن خودتراکم مورد استفاده قرار گرفته است. هدف اصلی این مطالعه بررسی تأثیر مقادیر مختلف نانوذرات سلولزی (۰.۱، ۰.۲، ۰.۳، ۰.۴ و ۰.۵ درصد وزنی نسبت به سیمان) بر خواص رئولوژیکی، مکانیکی و دوام بتن بوده است. نمونه‌های آزمایشگاهی پس از اختلاط و قالب‌گیری تحت شرایط عمل‌آوری استاندارد قرار گرفتند و سپس آزمایش‌های مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مقاومت کششی شکافتنی و جذب آب بر روی آن‌ها انجام شد. همچنین به منظور تحلیل ریزساختاری و بررسی مکانیسم‌های تقویت، از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. نتایج نشان داد که افزودن نانوذرات سلولزی تأثیر قابل توجهی بر بهبود عملکرد مکانیکی بتن دارد، به طوری که در مقدار بهینه ۰.۳ درصد وزنی، مقاومت فشاری و خمشی نمونه‌ها به ترتیب ۲۴.۵ و ۳۱.۲ درصد نسبت به بتن مرجع افزایش یافت. این افزایش مقاومت به دلیل نقش پل‌زنی نانوذرات در ریزترک‌ها، کاهش تخلخل و بهبود ناحیه انتقالی بین خمیر سیمان و سنگدانه‌ها گزارش شده است. علاوه بر این، نتایج آزمایش جذب آب نشان داد که حضور نانوذرات سلولزی موجب کاهش ۱۸.۷ درصدی نفوذپذیری آب در بتن شده و در نتیجه دوام بتن در برابر عوامل مخرب محیطی افزایش یافته است. تحلیل‌های ریزساختاری نیز نشان داد که نانوذرات سلولزی با ایجاد شبکه‌ای سه‌بعدی در ماتریس سیمانی و افزایش تراکم ساختاری، موجب بهبود خواص مکانیکی و کاهش منافذ موئینه می‌شوند. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از نانوذرات سلولزی استخراج‌شده از منابع ضایعات کشاورزی می‌تواند به عنوان یک راهکار پایدار برای تولید بتن‌های دوستدار محیط زیست مورد استفاده قرار گیرد و ضمن کاهش وابستگی به افزودنی‌های پلیمری مصنوعی، عملکرد مکانیکی و دوام بتن را بهبود بخشد.

بتن دوستدار محیط زیست نانوذرات سلولزی بتن خودتراکم خواص مکانیکی بتن ضایعات کشاورزی ریزساختار بتن پایداری