فناوری نانو و بتن

Home / مصالح ساختمانی / فناوری نانو و بتن

فناوری نانو و بتن

پتانسیل بالقوه فناوری نانو در ساخت مصالحی که با آن می‌توان به بالاترین حد رفع نیازهای انسان رسید، اصلی‌ترین عاملی است که آن را برای طراحی‌ها برای آینده انتخاب می‌کند، که از این میان می‌توان به تأثیر این فناوری بر صنعت بتن اشاره کرد.

کاربرد فناوری نانو در تحول سایر فناوری‌ها، تأثیر بسزایی بر سلامت و آسایش مردم دارد. امروزه کشورهای مختلف با بهره‌گیری از فناوری نانو و تلفیق آن با سایر تخصص‌ها به دستاوردهایی رسیده‌اند که از آن جمله می‌توان به هزینه‌های تولید و نگه‌داری کمتر، مصرف انرژی پایین و طول عمر بیشتر اشاره کرد.

رابطه فناوری نانو و معماری

در دنباله معماری ارگانیک فرانک لوید رایت که در آن هدف خلق ساختارهایی در سازگاری با طبیعت بود، امروزه این مسأله در قالب معماری پایدار و افق جدید آن یعنی نانو تکنولوژی مطرح و مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد.

از آنجا که با استفاده از دستاوردهای فناوری نانو یک ساختمان در زمان‌ها و مکان‌های مختلف می‌تواند رفتارهای متفاوتی از خود نشان دهد، سخت و غیر قابل انعطاف و یا نرم و سیال- تئوری‌های شناخت مواد به طور کلی دگرگون می‌شوند. در واقع مصالح، هویت ثابت خود را از دست می‌دهند و دیگر معماری در زمان و مکان محدود نخواهد شد. مدرک بی واسطه و مستدل برخورد مستقیم فناوری نانو با معماری، مصالح (تولیدات فیزیکی) هستند که عموماً کاربری‌های گوناگونی به ساختمان‌ها می‌بخشند. چنین مصالحی امکانات تازه‌ای را برای تکمیل و بهبود شئی معماری و اندیشیدن درباره شکل جدیدی از زندگی، بوجود می‌آورند.

گسترش این فناوری در معماری به طور چمشگیری در حال توسعه است که در زیر به چند مورد از آن اشاره شده است:

سیمان و بتن.
نانو پوشش‌ها.
نانو شیشه‌ها.

نانو شیشه
شیشه های ضدانعکاس

بخش عمده ی شیشه ای که در ساختمان سازی مورداستفاده قرارمیگیرد درپنجره مورد استفاده قرارمیگیرد.پنجره بخشی ازساختمان است که در سی سال گذشته تغییرات زیادی کرده است.سعی طراحان بربه حداقل رساندن مجموع ساخت پنجره در نمای بوده تاازهدررفتگی مساحت پنجره جلوگیری کند.بازارصنایع شیشه اروپا که بیش از ۴۵٪ ازسهم بازار جهانی شیشه را به خوداختصاص داده به ۸۰۰۰۰ واحدتولیدی رسیده است.پنجره هادر عین فعال بودن درپاسخگویی به نورخورشید وبادوباران هم شرایط محیطی ساختمان راتحت کنترل در آورد.وهم به کمک پایداری زیست محیط کمک کند.اما محصولات به دلیل سختی تنظیم ونگهداری وهمچنین هزینه بالای تولیدشان اشاره کرد.پس دراین میان کاربرد فناوری نانو به کمک مهندسان وصنعت شیشه سازی آمد.انواع شیشه ها را می توان نام برد: ۱-شیشه های ضدانعکاس درعلم فیزیک ثابت شده است که امواج به سطوح می رسندوبسته به شفافیت وویژگی سطح به سه دسته منشعب می شوند.مقداری از امواج انعکاس وجذب مقداری ازسطوح میگذرند.درباره ای ازکاربرد معماری انعکاس نورعامل نامناسبی می باشد وازکیفیت زیبایی شناختی فضا می کاهد.پس متخصصان حوزه نانو موادرا صنعت شیشه واردساختن تا همه چیزمضر را به حداقل رساند.گذرنورازمیان اجسام مانند شیشه وپلاستیک که بخشی ازنور برخوردکرده به خودرا منعکس می کنندبه وسیله حجم نوربازتابیده شده محدود می شود.دربهترین حالت شیشه اجازه میدهد حداکثر ۹۰٪نورتابیده شده عبورکند واین عامل به سبب تفاوت ضریب شکست شیشه وهوای مجاور رخ می دهد پس بهترین عامل دربروزاین پدیده ضریب شکست محیطها می باشد.شیشه های ضدانعکاس درطراحی داخلی وکاربردهای تزئینی ونمایشی بیشتراست.مانندکابینت و…وبااعمال روکشهای متعددی برروی شیشه های معمولی که هزینه های هنگفت تولیدومحصولات گران قیمت رادنبال دارد.پلاستیک نیزمانند شیشه ازخاصیت دگرچسبی خوبی برخوردارنیست.وروکش چندلایه آن به راحتی امکان پذیرنیست وازدیگرمعایب اینکه چنین سیستم های چندلایه ای متداخلی تنهادرطیف مرئی امواج نورانی یعنی طول موجی بین ۳۹۰ تا ۷۵۰ نانومتر عمل کرده ودربخشهای دیگر طیف بازتابندگی را افزایش میدهدومتاسفانه مزیت به دست آمده دربخش طیف مرئی برچنین بخش غیر مرئی غلبه نمی کندو میتوان گفت این شیشه ها برای استفاده در جمع کننده های انرژی خورشیدی کاربرد ندارد.یک لایه ازاین شیشه های چندلایه رادرمحلولی فرومی برندتا محصول شیشه ای قابلیت عبوردادن طیف گسترده تری ازامواج نوری راداشته باشد.دراین شیشه ها ضریب شکست نور برای بیرونی ترین لایه کم بوده وبادقت مشخص می شودوضخامت این لایه بیرونی حائز اهمیت است ومی توان این لایه با ضخامت ۱۵۰ نانومترانتخاب کرد.اگرچه این عملیات دقیق رابرای لایه بیرونی شیشه انجام دهیم سهم پرتوی بازتابیده شده نسبت به امواج برخورد کرده باشیشه از درصد به ۱ درصد کاهش خواهدیافت.درتولیدسنتی شیشه های ضدانعکاس نقاط ضعفی وجودداردازقبیل :محدودشدن محدوده طیفی عبورکننده ازشیشه وزاینده های پیچیده وپرهزینه که در این میان نانو مواد می تواند این مشکل را حل کند.این شیشه ها توانایی در افزایش امکان عبورامواج نورانی خورشید نسبت داد که در نتیجه پهنای بیشتر طیف قابل عبورازشیشه میسرشده است.روش مقرون به صرفه در ساخت شیشه ضدانعکاس بهره گیری از اثرچشم شب پره است.بررسی قرنیه چشم شب پره ها که بیشتر درشب فعال است.حاکی ازوجودساختاری درچشم این حشرات است که انعکاس نوررا به حداقل می رساند.بااستفاده ازروشهای شبیه منبت کاری گرم می توان شفافیت دیداری شیشه را تابش از ۹۷٪ وشفافیت پلاستیکها راتاپس از ۹۹٪ ارتقاء داد وعلاوه بر بهبود خواص عدم انعکاس شیشه ویژگیهای ضدالکتریسیته ساکن ودفع کثیفی آن نیز بهبود پیدا می کند.زمینه های دیگر در استفاده از محصولات نانو شیشه تولید وجمع کننده های انرژی خورشیدی است.درنانو شیشه های بکاررفته دراین جمع کننده های هم طیف امواج نورانی امکان عبور ازطیف امواج نورانی راداشته وبنابراین حداکثر بازدهی وبیشترین مقدارتولید انرژی راممکن می سازد.برخلاف شیشه های قدیمی زاویه برخورد نور باشیشه تاثیر مثبتی برانتقال آن ازمیان شیشه خواهد داشت واین قسمت ها وابستگی کمتری به جهت وزاویه تابش دارد ومی توان در فصلهای مختلف سال ازکارایی مشابهی برخوردارخواهندبود.علاوه برهمه اینهانانوپوشها ازعمربیشتری برخوردارهستندنسبت به نوع سنتی خودشان وکمترجذب آلودگی وکثیف شدن قرارمی گیرند. فناوری اپتو-الکترویک:حوزه ای ازدانش است که براساس نانوذرات شکل گرفته است وابعادومشخصه های اپتیکی،شیمیایی،فیزیکی آن به دقت کنترل می گردد.ذرات نانو کوچکترازطول موج امواج مرئی هستند.تولیدکننده ی روشی جدیدوخلاقانه است که این ساختار جدید تشکیل شده از ریزذرات به شکل توپهای بزرگ دی اکسید سیلیکون درحدود ۳۰ تا ۵۰ نانومتر. برای تولید شیشه های ضد انعکاس دوروش موجود است:۱-کشیدن یک لایه پوشش ضد انعکاس که شامل انواع ذرات سلیس دراندازه های مختلف است.ذرات بزرگتر برای تولید ساختار لایه می باشندوذرات کوچکترمقاومت مکانیکی راایجادمیکنند.میزان پرتوهای نوربازتاب یافته شده ازسطح این شیشه ها درحدود ۱ درصد وحجم ان بیش از ۹۹ درصد است.۲-باکمک پوشهای چندلایه ای ازمواد نیمه ژلاتینی می توان در این شیشه امکان اینکه طول موج های تابیده شده به خود به گونه ای برخورد کند.علاوه بر این شیشه های روش دوم با آب وذرات آلی خیس شده و قابل تمیز شدن هستند وزاویه تابش آب بااین شیشه هابیش از ۸۰ درجه است.وخصوصیات دیگراین این شیشه ها زاویه برخورد پرتوباشیشه ،تاثیر زیادی بر نحوه انعکاس یاعبور آن نمی گذارد وبه ازای زاویه تماس از صفرتا ۷۵ درجه.در میزان انتقال پرتو هاازشیشه هاتنها بین ۵ تا ۸ درصد تغییر به وجود می اید.

بتن از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است.این ماده مصنوعی بیشترین تولیدسالیانه رادارد.همچنان میتوان مصالح سیمانی وبتنی راازپرمصرف ترین مصالح ساختمانی دانست.بنابراین بتن مانند موتور صنعت ساختمان می باشد.ویژگی برجسته این بتن به علت ارزان بودن ومصرف کم انرژی دارای ویژگی های خاص خود میباشد.بیش از۹۰درصدپوسته اصلی زمین اکسیدسیمان است ومی توان گفت منبعی غنی ازمواداولیه در دسترس است.تمام تحولات ساختمانی سالانه برروی بتن به تقریب ۱۰۰ میلیارددلاراست.متخصصان پیوسته در حال انجام آزمایش برروی کیفیت روزافزون این مصالح هستند.درصورتی که مشخصه وویژگی های ذاتی این مصالح مانندمقاومت بادیگرمصالح کم به نظر میرسد.ازویژگی بتن این است که دردمای اتاق این سیال به ماده ای جامدوصلب تبدیل می شود.ودراین فرایند ده هاماده شیمیایی واردچرخه واکش شیمیایی می شوند.البته هنوز به صورت کامل شناخته شده نیستند.بتن شاید برخلاف هرنوع ماده دیگر باگذشت زمان برروی آن دارای خاصیت تداوم ومقاومت بیشترمی شونداین ماده پرکاربرد دارای مقیاس چندگانه است.سنگدانه های مورداستفاده دربتن درحدمیلی متری هستند ونکته حایزاهمیت اینکه این مواد ومصالح با مقیاسهای متفاوت درکنار هم عمل می کنندتابتن حاصل آید. بتن که ماده ای ویسکوالاستیک است واین به دلیل وجودفاز C-H-S است.باشناخت ساختار نانو مقیاس می توان دریافت که دلیل خزش بتن در مقیاسهای مختلف چیست وحتی دیگرویژگی های بتن را می توان به کمک تفحص در مقیاس نانو درک کرد.بااینکه فناوری نانو اندکی دیربه قلمرو بتن واردشد این تاخیر را میتوان به دو عامل نسبت داد.یکی نداشتن درک ودانش کامل ازترکیبات شیمیایی وفیزیکی بتن دیگری نحوه بهبود وارتقای کیفی در ماده ای مانند بتن که ماده ای مایع و جامد است. اثیرات آینده فناوری نانو دربتن که باید این اوصاف موردبررسی قرارگیرد.۱-ریزدانه ها ۲-خمیرسیمان ۳-محدوده گذر بین سطحی ITZ محدوده ای که خمیرسیمان ،سنگدانه درشت رادربرمی گیرد.البته ابعادسنگدانه ها ۳ تا ۴ برابربزرگتر ازوسعت محدوده ITZ است اما میکرو ساختاربتن رفتارهای مکانیکی بحرانی خودرا در این زمینه ودر مقیاس گوناگون به اجرا می گذارد.برای شناخت بتن وخاصیتهای آن باید به بررسی وتجزیه وتحلیل ITZ پرداخت،بنابراین این ناحیه درنقش ضعیف ترین ناحیه اتصال دربتن عمل میکند وبیشترین میکروترکها دراین ناحیه بروز میکند.بابوجودآمدن نگرشهایی که بر پایه نانو فناوری است پتانسیلی برای مصالح شناسان فراهم شد تا بتوانند به تغییرات اساسی درساختاراین مواد به وجود آورند.می توان گفت همه ویژگی های بتن ودیگرمصالح پایه سیمانی ،ناشی از فرایند هیدراسیون آن است درک بهتررفتار وساختاربتن در مقیاس نانو به ما کمک خواهد کرد تاویژگی مطلوب بتن بهبود یابد.افزایش دوام ،کاهش شکنندگی(تردی)،افزایش مقاومت کششی خاصیتهایی هستند که می توان با افزودنیهای خاص آنها رابرای بتن بدست آورد.افزودن مواد نانو به سیمان ویژگی های عملکردی آن را افزایش میدهد.مثلا نانو سیلیس ها می تواند به نحو مطلوبی بر مقاومت فشاری بتن تاثیر بگذارد.دوغابی که از نانو سیلیس آمورف(بی شکل) سبب افزایش مقاومت بتن نمای خود متراکم دربرابر جدایی سنگدانه ها می شود.وعلاوه براین میتوان افزون مقادیر ناچیزی ازنانو لوله ای کربنی می تواند سبب افزایش مقاومت فشاری و خمشی بتن شود.ترک خوردگی یکی از مهمترین عواملی است که باعث نگرانی مهندسان در سازه بتنی می باشد.بااستفاده از پلیمرهای معالج بتن اثر ترک خوردگی را می توان کمتر کرد که شامل کپسولهای ریز متشکل از عامل درمانی بتن و ماده محرک شیمیایی است در صورت ایجاد ترک این ماده آزاد شده و با ماده محرک تماس پیدا میکند.بعد از انجام این تماس پلیمر ریزاسیون آغاز شده و دو طرف ترک به هم می چسبنداین روش مستلزم تزریق اپوکسی که هزینه زیادی دارد می شود .قرارگیری حسگرهای میکرو ونانو الکترومکانیکی متخصصان را قادر کرده تا بتوانند ویژگی ها و عکس العملهای بتن را در مراحل مختلف آمیختن، ریختن ،گیرش وبارگذاری بررسی کننداین حسگرها درک مارااز فرایند هیدراسیون بتن ونابود شدن احتمالی وترکها ارتقاء میدهد وعلاوه براین ازهیدروژل های فعال محیطی در بتن استفاده می شودکه امکان حسگری وواکنش دهی نسبت به محرک های محیطی نظیر رطوبت ودمارا فراهم میکند.
نقش نانو در بهبود کیفیت بتن

یکی از عواملی که روشهای سنتی ساختارخمیر سیمان را منسوخ می کند فقدان نظم بلوری در این ماده است.دانشمندان توانسته اند شفافیتی بیشتر از ساختار اتمی آب سیمان را به تصویر بکشند.روشن ترین مسیری که در استفاده از نانو مواد در کیفیت بتن وجوددارددر مراحل تولید بتن یعنی ایجاد روشهای آسان در فرایند ساخت و هم چنین ویژگی نهایی بتن سخت شده است.اصولا اصلاح سنتی از ضعفهای بتن با تضعیف ویژگی مثبت دیگری توام بوده واستفاده از افزودنی در بتن دارای اشکالاتی می باشداما فناوری نانو مزیت های بیشتری را به بتن اضافه می کند و میتوان بتن را هم چنین در سطح بهترین وبالاترین وبا کیفیت ترین مصالح در نظر گرفت.[۶] افزودن نانو ذرات سیلیس به مصالح پایه سیمانی از تضعیف واکنش اصلی در ان می کاهدوهم چنین از حجم حفره هایی که پس از سخت شدن می توانند در محلی تجمع کنند را کم می کند وبه این ترتیب بر دوام بتن می افزاید.نانو سیلیکا که به عنوان مواد افزودنی به بتن به شکل گرد یا دوغاب مصرف می شود باعث جلوگیری ازجداشدن سنگدانه ها در بتن خود متراکم شونده ودوام بتن سخت شده می شود.خاکستربادی از مصالحی است که می تواند در ارتقاء بخشیدن به مقاومت وپایداری زیست محیطی بتن را کمک کند.البته یکی از مهمترین ضعفی که بر استفاده از خاکستربادی است کاهش سرعت بتن در جذب مقاومت اولیه وزیاد شدن مدت زمان مراقبت از آن در مقایسه با بتن معمولی است.همچنین استفاده از نانو ذرات هماتیت علاوه بر افزایش مقاومت بتن با تغییر مقاومت الکتریکی توده بتن کارکرد را مناسب تر وپایش سطح تنش وارد شده به بتن را هموارترمیکند.نانو ذرات سیلیکا سبب رشد فرایندهیدراسیون بتن شده و مقاومت سه روزه را افزایش میدهد.نانو ذرات سیلیکا به عنوان پیشگیری کننده از رسوب زود هنگام در هسته مرکزی ظاهرشده وزمان گیرش را کم می کندورفتار پوزولانی این نانو ذرات باعث میشود بر هم کنش بین سنگدانه وخمیر سیمان بهبود یافته. یکی دیگرازنانو ذرات که سبب ارتقای ویژگی بتن می شود دی اکسید تتانیوم است که این ماده به دلیل ویژگی های استریل کننده و واکنش پذیری کاتالیتیک قوی در سیمان رنگ وشیشه های پنجره نیز استفاده می شود وبه دلیل رنگ سفید آن به شکل بارزی نسبت به رنگ بتن مورد توجه قرار میگیرد به طور کلی نانو ذرات به عنوان مراکز کریستال سازی عمل کرده که این ابعا ریز نانو ذرات باعث می شودتا بتوان راحت تر حفره ها وفضاهای خال را پر کندوبه عنوان پرکننده تاثیربیشتری بر خلل وفرج وچسبندگی بهتر بین خمیر سیمان وسنگدانه بر جای بگذاردومقاومت فشاری آن را ارتقاء میدهد وازآثاترمطلوب استفاده از ذرات نانو بنیان افزایش کندروانی خمیر بتن پیش از زمان گیرش است که موجب میشود حالت تعلیق سنگدانه بهترشده و کارپذیری بتن هم افزایش یابد. فناوری نانو وبتهای ویژه: ۱-بتن الیافی ۲-بتن خودمتراکم ۳-نانوبتن هوشمند گرمازا [۷][۸] علم نانو و مهندسی نانو که گاهی با عبارت بهسازی نانویی در بتن بیان می‌شوند، عناوینی هستند که برای توصیف دو مسیر در تحقیقات نانو تکنولوژی در بتن استفاده می‌شوند. استفاده از نانو تکنولوژی در صنعت بتن به چند سال اخیر برمی‌گردد. از حدود ۸۰ سال پیش تاکنون استفاده از سیلیکا در ابعاد میکرون به صورت گسترده‌ای در بتن‌های پایه سیمانی مورد استفاده قرار گرفته است. ثابت شده است که استفاده از ذرات ریزتر از میکرو سیلیس باعث افزایش مقاومت فشاری بتن گردیده است. علم نانو مربوط است به اندازه‌گیری و توصیفساختار مواد پایه سیمانی در مقیاس نانو و میکرو برای درک بهتر رفتار در مقیاس بزرگ (ماکرو) و عملکرد آن از طریق استفاده از تکنیک‌های پیشرفته توصیف و مدل سازی مربوط به سطح اتمی یا ملکولی. نانو مهندسی شامل تکنیک‌های دستکاری ساختار در مقیاس نانومتری به منظور ایجاد نسل جدید و مناسب کامپوزیت‌های سیمانی با رفتار مکانیکی ایده‌آل است و حتی می‌توان بتن با خواص جدیدی مثل مقاومت الکتریکی پایین، هوشمند بودن، خود تمیز کننده، خود ترمیم کننده، شکل پذیری بالا و … به وجود آورد. فعالیت‌های تحقیقاتی اخیر در زمینه نانو تکنولوژی در بتن شامل: بررسی ذاتی هیدراسیون در سیمان، تاثیر اضافه کردن نانو سیلیکا به بتن، اضافه کردن نانو ذرات به سیمان، بتن و پوشش‌های سیمانی و مشاهده تاثیرات آنها بر رفتار و مشخصات ایجاد شده است.

تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو در ساختمان بتن در حال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری‌هایی مانند: میکروسکپ‌های AFM, SEM, FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده‌اند استفاده می‌شود.

بهبود خواص سیمان و بتن

بتن از جمله مواد و مصالح ساختمانی است که فناوری امید بخش نانو، قدری دیرتر به قلمرو آن نفوذ کرده است. افزودن مواد نانو مقیاس بهسیمان، می‌تواند ویژگی‌های عملکردی آن را ارتقا دهد. روشن ترین مسیری که در استفاده از نانو مواد در بهبود بتن وجود دار؛ در مراحل ساخت خود بتن یعنی ایجاد سهولت در فرایند ساخت و همچنین ویژگی‌های نهایی بتن سخت شده است. فناوری نانو این مزیت را دارد که با اصلاح ضعف‌ها، مشکلاتی در زمینه دیگر ویژگی‌های بتن ایجاد نمی‌کند.تحقیقات انجام گرفته نشان می‌دهد که بهره‌گیری از ذرات در مقیاس نانو باعث بهبود خواص مکانیکی و افزایش کیفیت بتن می‌شود. به عنوان مثال «نانو سیلیس سبب بهبود تراکم ذرات می‌شود، استحکام بتن را افزایش می‌دهد و … . استفاده از دی اکسید تیتانیوم سبب ایجاد خاصیت خود تمیز شوندگی و ضد عفونی کنندگی بتن می‌شود و رنگ سفید و درخشندگی به بتن می‌دهد». . «نانو آلومینیوم نیز محصولی است که مقاومت فشاری بتن را تا حدودی افزایش می‌دهد و با مقاومت بیشتر سازه در برابر بارهای وارده، پایداری بنا را افزایش می‌دهد. نانو تیتانیوم از نفوذ پذیری یون کلر در بتن و تخریب و خوردگی آرماتور جلوگیری کرده و عمر ساختمان را افزایش می‌دهد».
از سوی دیگر استفاده از روکش‌های مبتنی بر فناوری نانو می‌تواند به حفاظت بیشتر از بتن در برابر شرایط محیطی خورنده همچون دریا کمک شایانی نماید. علاوه بر این موارد می‌توان به بتن با عملکرد بالای چند منظوره، ویژگی‌های دیگری را اضافه نمود که از این میان می‌توان به خاصیت الکترومغناطیسی، قابلیت به کارگیری در سازه‌های اتمی و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان اشاره کرد.
بتن با عملکرد بالا

یکی از چالش‌هایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (High Performance Concrete) می‌باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزء مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می‌باشد. خواص، رفتار، و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمان دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می‌آورد. بنابر این، مطالعات بتن و خمیر سیمان نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می‌باشد. روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می‌باشد.
نانو سیلیس آمورف

در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروف‌ترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می‌کند. محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می‌باشد که دارای قطری در حدود ۰/۱ تا ۱ میلی‌متر می‌باشد و دارای اکسید سیلیس حدود ۹۰ درصد می‌باشد. می‌توان گفت که میکرو سیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می‌شود. نانو سیلیس معلق، کاربردهای چند منظوره از خود نشان می‌دهد مانند:

خاصیت ضد سایش.
ضد لغزش.
ضد حریق.
ضد انعکاس سطوح.

تمام کارهای انجام یافته برروی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica) در بخش اصلاح خواص ریولوژی، کار پذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است. آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده ۵ تا ۱۰۰ نانومتر می‌باشد. اکسید تیتانیوم در سه ساختار: آناتاز، روتایل و بروکیت یافت می‌شود. از این میان فاز آناتاز بیشترین خاصیت فتوکالیستی را دارد. سطوح حاوی دی اکسید تیتانیوم (Tio2) می‌تواند خود را در اثر تابش نور خورشید تمیز نگاه دارد. قابلیت خود تمیز شوندگی می‌تواند با جریان آب برروی سطوح، افزایش یابد که این افزایش میزان تمیز شدن ناشی از خاصیت فوق آبدوستی سطوح دی اکسید تیتانیوم است. از آنجایی که این پوشش‌ها (معمولاً در سطوح بیرونی به کار می‌روند) علاوه بر تأثیری که بر تصفیه هوا دارند باعث تمیز نگاه داشتن سطوح، با هزینه کم و داشتن چهره‌ای زیبا برای شهر خواهند شد.
سیمان‌های الیافی

ساختمان‌هایی که با سیمان‌های الیافی ساخته می‌شوند پس از مدتی به منبع لکه و کثیفی تبدیل می‌شوند. سیمان استفاده شده در نمای ساختمان‌ها، کثیفی‌ها و کپک‌ها را مکیده و با تأثیر نور خورشید آنها را بخوبی در داخل ماتریس جایگزین می‌کند و دور کردن این لکه‌ها و کثیفی‌ها کار بسیار مشکلی است. استفاده از نانو پوشش‌های سنگ و چوب در نمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی‌ها، باکتری‌ها و غیره به داخل ماتریس می‌شوند و ظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می‌نمایند.
چالش‌های نانو تکنولوژی در صنعت بتن

نانو تکنولوژی مانند تمامی تکنولوژی‌های نو نیاز به یک توجیه اقتصادی دارد، در حال حاضر هزینه‌های بالای نانو ذرات مانع از توسعه روزافزون این محصولات و استفاده آنها در صنعت می‌گردد، برای همین بهره‌برداری از نانو تکنولوژی در صنعت بتن در مقیاس تجاری همچنان به چند محصول قابل عرضه در بازار محدود گردیده است.

مشکل دیگر در زمینه استفاده از نانو موادها توزیع یکنواخت آنها در ماتریس بتن است. معمولاً این مواد در حین افزوده شدن به بتن به صورت کلوخه انباشته می‌شوند و در مخلوط به خوبی توزیع نمی‌شوند، البته برای این حل مشکل می‌توان از دستگاه‌های مخلوط کن قوی استفاده کرد. اشکال دیگر در این زمینه جذب آب بسیار بالای ذرات نانو است. این ذرات به علت سطح ویژه بسیار بزرگی که دارند مقدار زیادی آب جذب می‌کنند و ممکن است بر کارایی بتن تاثیر گذار باشد.

درنهایت چالش‌هایی هستند که باید قبل از گسترش استفاده از نانو فناوری در صنعت بتن حل شوند مانند: توزیع یکنواخت نانو مواد، سازگاری نانو مواد با سیمان، فرآوری، تولید، ایمنی، مسائل مربوط به حمل و نقل، تولید انبوه و هزینه‌ها، به علاوه معرفی کردن این مصالح جدید به جامعه از طریق زیرساخت‌های اجتماعی مستلزم افزایش و درک تاثیر آنها روی محیط زیست و سلامت انسان‌ها می‌باشد، با این حال چیزی که واضح است این است که، اکنون، بعد از ۵۰ سال از مقاله مشهور ریچارد فاینمن(Feynman.R)، نانو فناوری در حال تغییر دیدگاه دانشمندان و مهندسین در مورد یکی از قدیمی‌ترین ماده‌های ساخت بشر، بتن، است.

مطالب پیشنهادی

نظر خود را با ما در میان بگذارید

Start typing and press Enter to search