در شرایط بحران آب جهانی و به ویژه در کشورهایی با اقلیم خشک و نیمه خشک مانند ایران، مدیریت بهینه منابع آبی به یکی از اولویت های راهبردی تبدیل شده است. کانال های انتقال آب به عنوان شریان های اصلی تأمین آب کشاورزی، صنعتی و شرب، سالانه مقادیر قابل توجهی از آب را به دلیل نشت از طریق پوشش های بتنی سنتی و فرسایش دیواره ها از دست می دهند. از این رو، توسعه پوشش های بتنی بادوام، ناتراوا و مقاوم که بتوانند راندمان هیدرولیکی را افزایش داده و هزینه های نگهداری را کاهش دهند، به یک ضرورت فنی و اقتصادی تبدیل شده است. این پژوهش با هدف طراحی و ساخت یک کامپوزیت سیمانی هوشمند برای کاربرد در پوشش کانال های انتقال آب انجام شده است. در این راستا، از ترکیب هم زمان فناوری های مقیاس ماکرو و نانو استفاده شده است، به طوری که پارچه سه بعدی اسپیسر به عنوان تقویت کننده در مقیاس ماکرو و نانولوله های کربنی چنددیواره (MWCNTs) به عنوان تقویت کننده در مقیاس نانو به ماتریس سیمانی افزوده شدند. در کنار MWCNTs، اثر افزودن میکروسیلیس نیز بر خواص مکانیکی بتن پارچه ای به صورت مقایسه ای مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها در دو گروه اصلی شامل بتن معمولی (سری C) و بتن پارچه ای (سری TC) با دو ضخامت 10 و 60 میلی متر و درصدهای مختلف وزنی MWCNTs (5/0، 1 و 2 درصد) و میکروسیلیس (5/0، 1 و 2 درصد) با استفاده از روش اختلاط خشک و ترتهیه شدند. نمونه های شاهد فاقد افزودنی نیز به عنوان مبنا ساخته شدند. ارزیابی های تجربی جامعی در سنین 7 و 28 روزه انجام شد که شامل: آزمون های مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، چقرمگی و چقرمگی شکست)، آزمون های هیدرولیکی (تعیین ضریب نفوذپذیری)، آزمون های دوام (قرارگیری در محلول سولفات منیزیم تا 90 روز و چرخه های انجماد-ذوب تا 300 سیکل) و مطالعات ریزساختاری (میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراکندگی انرژی و آنالیز تخلخل) بود. یافته های پژوهش نشان داد که درصد بهینه MWCNTs برای بتن معمولی(سری C)، 5/0 درصد وزنی (CNT10_1) و برای بتن پارچه ای(سری TC) 1 درصد وزنی (TCNT10_2 و TCNT60_2) است. در این مقادیر، مقاومت خمشی 28 روزه به ترتیب 24، 65 و 24 درصد نسبت به نمونه های شاهد (C10_0، TC10-0 و TCNT60_2) افزایش یافت. هرچند میکروسیلیس نیز منجر به بهبود مقاومت خمشی شد (حداکثر 13 درصد بهبود در نمونه های حاوی 2 درصد میکروسیلیس)، اما عملکرد MWCNTs در دوزهای پایین تر از نظر میزان بهبود مقاومت و چقرمگی برتر بود. افزودن MWCNTs فراتر از درصد بهینه به دلیل تجمع و کاهش پراکندگی، موجب افت مقاومت شد. در رابطه با سایر خصوصیات مکانیکی نیز این سه ترکیب همچنان پیشرو بودند. نمونه های بهینه شده، نفوذپذیری هیدرولیکی را تا 31 درصد و 35 درصد به ترتیب در بتن سری TC و C کاهش دادند، در محیط سولفاتی روند تخریب در نمونههای سری TC بسیار کمتر از سری C بود. چرخه های انجماد-ذوب نیز بیانگر برتری نمونههای سری TC بخصوص در غلظت بهینه MWCNTs بودند. تحلیل های ریزساختاری، پیوستگی کامل ناحیه انتقال بین فازی و پراکندگی یکنواخت نانولوله ها را تأیید کرد. برای بررسی مکانیسم های نانومقیاس عامل این بهبودها، از تکنیک های پیشرفته توصیف ریزساختاری، از جمله تصویربرداری FESEM، آنالیز سطح BET و نقشه برداری EDS استفاده شد که توزیع یکنواخت نانولوله ها، کاهش تخلخل و تشکیل شبکه های پل زننده در داخل ماتریس در روز بهینه را تأیید کرد.
کلمات کلیدی: پوشش کانالهای آبیاری، نانولوله های کربنی چند جداره، خصوصیات مکانیکی، دوام بتن، نفوذ پذیری، زبری پوشش کانال، چقرمگی شکست، بتن پارچهای هوشمند