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 45٪ ازسهم بازار جهانی شیشه را به خوداختصاص داده به 80000 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: 1-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 90٪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 390 تا 750 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 150 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 1 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 97٪ وشفافیت پلاستیکها راتاپس از 99٪ 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 30 تا 50 نانومتر. برای تولید شیشه های ضد انعکاس دوروش موجود است:1-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 1 درصد وحجم ان بیش از 99 درصد است.2-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 80 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 75 درجه.در میزان انتقال پرتو هاازشیشه هاتنها بین 5 تا 8 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 از90درصدپوسته اصلی زمین اکسیدسیمان است ومی توان گفت منبعی غنی ازمواداولیه در دسترس است.تمام تحولات ساختمانی سالانه برروی بتن به تقریب 100 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.1-ریزدانه ها 2-خمیرسیمان 3-محدوده گذر بین سطحی ITZ محدوده ای که خمیرسیمان ،سنگدانه درشت رادربرمی گیرد.البته ابعادسنگدانه ها 3 تا 4 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: 1-بتن الیافی 2-بتن خودمتراکم 3-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.

پیش تنیدگی :

 پیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی ( Prestress ) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم ، به طوریکه در اثر این تنش ، مقداری از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می کند .

هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی ، محدود کردن تنش های کششی و ترک های ناشی از لنگر خمشی ، تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو می باشد .

بتن جسمی است مقاوم در مقابل فشار ، ولیکن مقاومت آن در مقابل کشش بسیار کم می باشد ، بنابراین می توان با وارد کردن فشار به بتن ، کشش ایجاد شده در اثر بار مرده و زنده را در عضو بتنی تقلیل و در نتیجه مقاومت آن را افزایش داد .

کاربرد بتن پیش تنیده معمولاً در عضوهایی است که تحت تاثیر خمش می باشد مانند : تیرها ، دال ها ، دیوارهای حائل و ستون ها . ولی می توان از بتن پیش تنیده در عضوهایی که تحت تاثیر کشش هستند مانند : لوله ها ، مخازن آب و غیره نیز به نحو مطلوب استفاده نمود .

مزایای بتن پیش تنیده :

۱ ) نداشتن ترکهای دائمی

 یکی از مهمترین خواص سازه های بتن پیش تنیده نداشتن ترک های دائمی می باشد . این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازه ها نسبت به سازه های بتنی و بتن آرمه می شود . این امر به خصوص در محیط هایی با گازها و زمین های خورنده و همچنین سازه های دریایی بسیار حائز اهمیت می باشد . برتری بتن پیش تنیده نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است .

 ۲ ) وزن کمتر سازه

وزن سازه های بتن پیش تنیده به مراتب از وزن سازه های بتن آرمه معادل کمتر است . اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود ، میزان بتن لازم کمتر است . ثانیاً چون فولاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است ، معمولاً وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پنجم وزن فولاد معمولی معادل می گردد .

 ۳ ) نداشتن خیز به سمت پایین

خیز به طرف پایین ( deflection ) تیرهای بتنی پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم می باشد . زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ، تحت تاثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است ، که از شدت خیز به طرف پایین می کاهد .

 ۴ ) تست سازه قبل از بارگذاری

در سازه های بتن پیش تنیده قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ، سازه به وسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش های زیادی قرار می گیرد ، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد می باشد .

 ۵ ) قابلیت انعطاف پذیری

با تغییر مقداری نیروی پیش تنیدگی می توان سازه را صلب و یا انعطاف پذیر کرد ، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری بکند .

 ۶ ) اقتصادی بودن سازه

سازه های بتن پیش تنیده معمولاً برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از سازه های بتن آرمه می باشد .

 ۷ ) انعطاف پذیری در معماری

سازه های بتن پیش تنیده به دلیل حذف بعضی از ستون ها و پایه ها ، امکان اجرای سازه با دهانه های بزرگتر را امکان پذیر ساخته و قابلیت سازه از نظر معماری را افزایش می دهد .

به عنوان مثال سطح هیپربولوئید ( که از دوران هذلولی به وجود می آید ) پیش تنیده برای پوشش سقف ساختمان های صنعتی با دهانه های ۱۰ تا ۱۸ متر ، سازه های فضایی و … از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه و از نظر آرشیتکتی بسیار زیبا می باشد .

روشهای پیش تنیدگی:

 ۱- بتن پیش تنیده پیش کشیده (Pre-tensioned concrete ) :

بتن پیش کشیده بتنی است که کابل های پیش تنیدگی آن قبل از ریختن بتن کشیده شده باشند . در بتن پیش کشیده کابل های داخل بتن به بتن چسبیده اند و در واقع کابل بدون غلاف داخل بتن جای می گیرد و بعد از اینکه بتن به مقاومت مشخصه رسید ، کابل ها را از تکیه گاههای دو طرف آزاد کرده و قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع می نمایند . تمام نیروی پیش تنیدگی به طور کامل در طولی از کابل به بتن منتقل می شود که این طول انتقال ، بستگی به نوع سطح فولاد ، شکل مقطع و قطر آن دارد . همچنین مقاومت بتن نیز در آن موثر می باشد همانند تولید شمع ها و تیرهای پیش ساخته .

برای جلوگیری از وارد شدن ضربه به بتن در موقع انتقال نیروی پیش تنیدگی ، باید این نیرو به طور آرام و تدریجی به بتن منتقل شود . همچنین قطعه بتنی باید بتواند به راحتی در روی بستر خود بلغزد تا جلوی به وجود آمدن نیروهای داخلی در اثر اصطکاک گرفته شود .

یکی از خاصیت های مهم بتن پیش کشیده این است که می توان چندین عضو یک شکل را در آن واحد بین دو تکیه گاه ریخته و پس از گرفتن بتن با قطع کردن کابل های مشترک ، آنها را از هم جدا کرد . این کار از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می باشد ، زیرا عمل کشیدن کابل ها برای تمام عضوها فقط یکبار انجام می شود همانند تولید قطعات پیش ساخته Hallow-core که مراحل تولید به شکل زیر می باشد .

۲- بتن پیش تنیده پس کشیده (Post-tensioned concrete ) :

اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند ، بتن را اصطلاحاً بتن پس کشیده می نامند . نیروی پیش تنیدگی توسط گیره های ( anchorages ) دو انتهای سازه از کابل به بتن منتقل می گردد . فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد ، در غیر این صورت امکان کشیدن آن وجود نخواهد داشت . فولادهای پیش تنیدگی را باید در داخل غلاف ها یا مجراهایی که در داخل بتن یا خارج از آن تعبیه شده است ، قرار داد .

کابل های پیش تنیدگی را می توان قبل و یا بعد از بتن ریزی در داخل غلاف ها کار گذاشت . کابل ها به صورت یکی یکی به وسیله دستگاه کابل ردکن ( strand pusher ) و یا به طور دسته ای بوسیله نیروی انسانی در داخل غلاف کار گذاشته می شود .

انواع بتن پیش تنیده پس کشیده

۱) با روش چسبنده ( Bonded )

بعد از پایان عملیات کشش کابل ها ، برای جلوگیری از زنگ زدن کابل ها ، دوغاب سیمان به داخل غلاف ها تزریق می شود تا فاصله بین کابل و غلاف را پر کند . در این حالت چون کابل توسط دوغاب به غلاف و در نتیجه به بتن می چسبد ، اصطلاحاً این روش را چسبنده ( Bonded )  می نامند .

 .

 

 .

گروت تزریق شده داخل گیره

۲) با روش غیر چسبنده ( Unbonded )

گاهی اوقات به دلائل خاصی از جمله ایجاد انعطاف پذیری بیشتر سازه جهت مقاومت بهتر در مقابل زلزله ، ممکن است دوغاب به داخل غلاف تزریق نکنند . در چنین حالاتی چون هیچ نوع چسبندگی بین کابل و غلاف وجود ندارد ، این روش را غیر چسبنده ( unbonded ) می نامند . در چنین مواقعی برای جلوگیری از زنگ زدن کابل ، داخل غلاف و دور کابل را پر از گیریس می کنند . بعضی از کارخانه های کابل سازی ، کابل هایی تولید می کنند که در داخل لوله های پلاستیک پر از گریس قرار دارد . این نوع کابل های فاقد چسبندگی را می توان مستقیماً در داخل بتن کار گذاشت و بعد از کسب مقاومت از بتن ، کابل ها را کشید که گریس مانع از چسبیدن کابل به غلاف پلاستیکی و در نتیجه به بتن می شود .

در روش غیر چسبنده اگر به دلائلی کابل از داخل گیره ها در برود و یا از هر نقطه پاره شود ، نیروی پیش تنیدگی در آن مقطع از بین می رود .

  

 آرملات 

آرملات یك لایه 1 تا 2 سانتیمتری از نوعی بتن پر مقاومت است كه مقاومت خوبی در برابر سایش دارد.

اجرای آرملات بر روی چه بستری صورت می گیرد ؟
بر روی بتن تازه. اگر بستر كار بتن قدیمی باشد لازم است ابتدا یك لایه میانی از بتن به ضخامت حداقل 8 سانتیمتر روی بتن قدیمی ریخته شود.

اجرای آرملات بر روی بتن تازه چه زمانی انجام می شود ؟
پس از گیرش اولیه و قبل از گیرش نهایی ـ چنانچه عمر بتن از 12 ساعت بگذرد به آن بتن قدیمی اطلاق می شود.

آیا اجرای آرملات بر روی بستر بتن قدیمی ممكن است ؟
اگرچه با استفاده از چسب‌های مخصوص ممكن است ولی توصیه نمی شود.

ضخامت لایه میانی بتن تازه بین آرملات و بتن قدیمی حداقل چقدر است ؟
حداقل 8سانتیمتر

آرملات رنگی چه رنگهایی را شامل می شود ؟
قرمز ـسبزـزرد

عمده‌ترین مورد مصرف آرملات در كجاست ؟
مناطق صنعتی كه با ترافیك شدید و به كارگیری ماشین‌آلات سنگین و سایش ناشی از آنها مواجه هستند.

آیا می توان از آرملات به عنوان یك كف‌پوش تزئینی (Decorative) استفاده كرد ؟
بله، با استفاده از رنگ‌های متفاومت و امكان شكل یافتن آن به صورت اشكال مختلف هندسی به وسیله قالب‌هایی از نوع سنگ‌های معدنی، این كار امكان‌پذیر است.

آیا می توان با استفاده از آرملات یك كف كاملاً یكپارچه بدست آورد ؟
خیر، اجرای درزهای انقبابضی، انبساطی از الزامات كف‌سازی است. همچنین گاهی اوقات، درزهای اجرایی نیز گریزناپذیرند.

علت تعبیه درزهای انقباضی چیست ؟
به علت پدیده انقباض ناشی از خشك شدن (Drying Shrinkage) ، در بتن ترك‌های انقباضی به وجود می آید. با ساخت درزهای انقباضی، ترك‌ها به محل‌های از پیش تعیین شده منتقل می شوند. این محل‌های از پیش تعیین شده، همان محل‌های درز انقباضی است.

فواصل درزهای انقباضی تابع چه پارامتری است ؟
بنابر توصیه ACI این فاصله به ضخامت دال بتنی بستگی دارد و بین 24 تا 36 برابر ضخامت بتن است.

حداكثر فواصل درزهای انقباضی چه قدر است ؟
آیا برای نسبت طول به عرض پانل‌های اجرا شده آرملات عدد خاصی توصیه می گردد؟
این نسبت بنابر توصیه انجمن پوشش‌های بتنی آمریكا حداكثر به 25/1 و بنابر توصیه انجمن بتن آمریكا، حداكثر به 5/1 محدود می شود. به طور كلی توصیه می شود پانل‌ها به شكل مربعی نزدیك باشند.

آیا با اجرای آرملات می توان از ضخامت بتن سازه‌ای كم كرد ؟
آرملات را نمی توان جایگزین بتن سازه كرد ولی می توان به اندزه ضخامت آن از ضخامت مورد نیاز بتن سازه‌ای كم كرد.

آیا می توان آرملات را بر روی كف قدیمی چون موزائیك یا آسفالت اجرا كرد ؟
خیر، زیرا بستر كار باید صلب، تمیز و محكم و عاری از هر گونه گردوخاك و مواد روغنی و نفتی باشد.

درجه حرارت مناسب برای اجرای آرملات چه قدر است ؟
بین 5 تا 30 درجه كه باید تا حداقل 24 ساعت پس از اجرای كف حفظ گردد.

آیا استفاده از ضد یخ در شرایط سرد زمستانی برای اجرای آرملات مجاز است ؟
خیر

منظور از درزهای اجرایی كدام درزهاست ؟
درزهای اجرایی یا درزهای ساخت و ساز، درزهایی هستند كه در پایان یك شیفت كاری و به ناچار ایجاد می شوند. می توان از این درزها به عنوان درز انبساطی یا انقباضی نیز استفاده كرد.

آیا ترافیك انسانی با بار ناشی از جابجایی و غلطاندن قطعات فلزی به وسیله لیفتراك قابل مقایسه است؟
بله، ترافیك انسانی بیش از 10 هزار نفر در روز بر روی یك كف‌‌پوش بتنی با نیروی ناشی از عبور چرخ فلزی یا پلی‌آمیر (مثلاً حمل قطعات بوسیله لیفتراك) معادل می باشد.

شستشوی كف‌پوش‌های آرملات باید در چه فواصل زمانی انجام شود؟
حداقل 1 بار در سال ولی زمان توصیه شده هر 6 ماه یك بار می باشد.

آیا لازم است كف‌پوش در طی فواصل زمانی توسط مهندس مجرب مورد بازدید قرار گیرد؟
این كار باید در مواقع مورد نیاز انجام شود در حالی كه ACI توصیه می كند این بازدید، حداقل 1 بار در سال انجام شود .

مرمت درز و كنترل مواد درزگیر را باید حداقل در چه فواصل زمانی انجام داد؟
حداقل 1باردرسال

استفاده از كلرید كلسیم در ساخت آرملات كه معمولاً در ساخت بتن به عنوان یك افزودنی (Aditive) از آن استفاده می شود، چه تأثیری دارد؟
این افزودنی انقباض بتن را افزایش داده و ممكن است در ایجاد تابیدگی (Curling) اثر مخربی به جا گذارد.

استفاده از بتن‌‌های ضد انقباض به جای بتن‌های سیمان پرتلند معمولی، آیا مقاومت سایشی بتن را افزایش می دهد؟
بله، در صورت طراحی مناسب بین 30 تا 40 درصد افزایش می دهد.

آیا می توان برای جبران انقباض بتن و جلوگیری از Curling از بتن ضد انقباض استفاده كرد؟
بله، ولی این كار نیاز به برآوردن الزامات خاصی دارد. از جمله این الزامات رعایت حداقل تسلیح به میزان 0/015 است.

كاربرد بتن ضد انقباض چگونه ترك‌ها را كاهش می دهد؟
كاربرد این بتن بر مقاومت كششی یا خمشی بتن تأثیر ندارد ولی در این نوع بتن، لنگرهای خمشی ایجاد شونده در دال كاهش می یابد و در نتیجه ترك‌خوردگی كاهش می یابد.

آیا كاربرد بتن ضد انقباض باعث ایجاد یك تابیدگی معكوس در بتن نمی شود؟
بله، ولی این تابیدگی معمولاً با بار مرده ناشی از وزن تعادل می یابد.

حداقل ضخامت رویه‌های ساخته شده از بتن ضد انقباض چه قدر است؟
زمانی كه بستر موجود، با مواد نفتی و روغنی آلوده شده باشد، از چه رویه‌ای باید استفاده كرد؟
لازم است از رویه‌ای بتنی به ضخامت حداقل 10 سانتیمتر استفاده شودكه 2 سانتیمتر فوقانی آن از بتن ضد سایش یا “آرملات” باشد.

براساس استاندارد DIN 18560 ، حداقل ضخامت آرملاتی كه در معرض ترافیك عبوری كمتر از 100 نفر در روز یا تردد چرخ‌های بادی قرار دارد، چقدر است؟
عمق درزهای كنترلی یا انقباضی چقدر است؟
بین1/3 تا 1/4 ضخامت دال و حداقل 5/2 سانتیمتر می باشد.

افزایش اسلامپ بتن چه تأثیری بر فواصل بین درزها دارد؟
با افزایش اسلامپ بتن، فاصله مجاز بین درزها، كاهش می یابد.
بله، حتی می تواند باعث ایجاد تابیدگی و Curling در دال بتنی شود.

چه ارتباطی بین مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری بتن و قابلیت انقباض آن وجود دارد؟
با افزایش مقاومت فشاری و به تبع آن مدول الاستیسیته، قابلیت انقباض بتن افزایش خواهد یافت.

علت وقوع ترك‌خوردگی در بتن چیست ؟
علت وقوع ترك‌خوردگی آن است كه به واسطه وجود قیود داخلی، تنش‌های موجود از تنش‌های مجاز در یك نقطه تجاوز می نماید و در نتیجه ترك‌خوردگی اتفاق خواهد افتاد.

چه ارتباطی بین نسبت آب به سیمان و انقباض بتن وجود دارد؟
با افزایش نسبت آب به سیمان، انقباض افزایش خواهد یافت.

چه ارتباطی بین اسلامپ بتن و انقباض بتن وجود دارد؟
با افزایش اسلامپ، انقباض افزایش خواهد یافت.

پدیده تابیدگی (Curling) در بتن ناشی از چیست ؟
این پدیده از آن ناشی می شود كه انقباض بتن در بالا و پایین آن متفاوت است و به طور طبیعی انقباض در بالا بیشتر است.

كاربرد اصلی درزهای انقباضی در كجاست ؟
در مكان‌هایی است كه بین بتن و سازه‌های مجاور آن (Interaction) وجود دارد. لذا این درزها بیشتر در مجاورت دیوارها، ستون‌ها و پی‌هاو محل‌های بارگذاری تعبیه می‌شوند.

چه شكلی برای درز انبساطی در اطراف ستون‌ها توصیه می‌شود؟
هم به صورت مربعی شكل و هم دایروی امكان‌پذیر است ولی در شكل دایروی، با تمركز تنش كمتری مواجهیم.

عرض یك درز انبساطی حدوداً چقدر است؟
عمده ترین درزهایی كه در مبحث درزبندی كف‌های بتنی با آن مواجهیم كدام است؟
درزهای انقباضی، زیرا تعداد آنها بیش از سایر انواع درزهاست.

انقباض ناشی از خشك شدن (Drying Shrinkage) برای بتنی با اسلامپ حدود 8 سانتیمتر به ازای هر طول 30 متری چقدر است ؟
پر كردن درزها در چه فاصله‌ای پس از ساخت درز انجام می شود؟
بین 3 تا 6ماه

سختی حداقل و كنش طولی حداقل ماده درزگیر چه قدر است؟
سختی 50 ShoreA و كنش 6 درصد

آیا باید سطح تمام شده درزها پر شده با سطح آرملات در یك تراز باشد؟
خیر، باید حداقل 6/0 سانتیمتر پائین‌تر از سطح تمام شده آرملات باشد.

وقتی از Dowel bars برای انتقال برش استفاده می شود، آیا لازم است دو سر آن به بتن بچسبد؟
خیر، صرفاً یك طرف آن باید به بتن بچسبد و سر دیگر آن در داخل یك غلاف (cap) آزادانه حركت كند.

وقتی برای ایجاد درز از روش برش‌زن بتن استفاده شود، حداكثر زمانی كه پس از بتن‌ریزی می توان عملیات برش‌زنی را انجام داد چقدر است؟
حداكثر 12ساعت