كاربرد مواد نانو در صنعت بتن

مقدمه مواد نانو به عنوان موادی كه حداقل یكی از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زیر 100nm باشد تعریف شده اند ، یك نانومتر یك هزارم میكرون یا حدود 100000 برابر كوچكتر از موی انسان است . به طور كلی ،در یك تقسیم بندی عمومی ، محصولات نانو مواد را می توان به صورت های زیر بیان كرد:   · فیلمهای نانو لایه ( Nano Layer Thin Films ) برای كاربردهای عمدتاً الكترونیكی    · نانو پوششهای حفاظتی (Nano Coating ) برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی ، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی    · نانو ذرات به عنوان پیش سازنده (Precursor) یا اصلاح ساز (Modifier) پدیده های شیمیایی و فیزیكی    · نانو لوله ها (Nanotubes) منظور از یك ماده نانو ساختار یا واضح تر یك بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدی است كه در آن انتظام اتمی ، اندازه كریستالهای تشكیل دهنده و تركیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد .    خواص فیزیكی و شیمیایی مواد نانو (در شكل و فرمهای متعددی كه وجود دارند از جمله ذرات ، الیاف ، گلوله و . . . ) در مقایسه با مواد میكروسكوپی تفاوت اساسی دارند . تغییرات اصولی كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكی اندازه بلكه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد . هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملكرد بالا می باشد ، كه آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چند منظوره ، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای كه مصالح بتوانند كاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند . در مطالب بعدی كه خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد كنند   2. مواد نانو كمپوزیت مواد نانو كمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری ) اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اندكه از تكنولوژی سول- ژل(Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو كانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است . هرچند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شركت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است ، ولی رشته نانو كمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد . در این شرایط نانو آلومینا ، بهترین ساختار نانوئی است كه افق جدیدی را در صنعت سرامیك نوید می دهد . زیرا كاربرد این مواد پدیده ای است كه از نظر مكانیكی ، الكتریكی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف كاربرد دارد . از جمله می توان به چند نمونه اشاره كرد:· تكنولوژی نانو فلز آرتوناید كه اخیراً به طور تجاری ، الیاف نانویی آلومینا ، انقلابی در رشته سرامیك بوجود آورده است . · ذرات نانویی غیر فلز مانند:نانو سیلیكا ، نانو زیركونیا و مواد دیگر اصلاح كننده سرامیك ها می باشد . 3. بتن با عملكرد بالا ([1]HPC) یكی از چالشهایی كه در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است ، بتن با عملكرد بالا(HPC ) می باشد . این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح كامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح كامپوزیت و چند فازی مركب و پیچیده می باشد . خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد كه چسبندگی ، پیوستگی و یكپارچگی را بوجود می آورد . بنابراین ، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و كاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد . روش معمولی برای توسعه بتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوام و خواص مكانیكی بهتر ، بتن با عملكرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می باشد ، از جمله می توان به خاصیت الكترو مغناطیسی ، و قابلیت به كار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمانها و ... را نام برد .   4. نانو سیلیس آمورف در صنعت بتن ، سیلیس یكی از معروفترین موادی است كه نقش مهمی در چسبندگی و پر كنندگی بتن با عملكرد بالا (HPC) ایفا می كند . محصول معمولی همان سلیكیافیوم یا میكرو سیلیكا می باشد كه دارای قطری در حدود 1/0 تا 1 میلی متر می باشد و دارای اكسید سیلیس حدود 90% می باشد . می توان گفت كه میكرو سیلیكا محصولی است كه در محدوده بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملكرد كامپوزیت مواد سیمانی به كار برده می شود . محصول نانو سیلیس متشكل از ذراتی هستند كه دارای شكل گلوله ای بوده و با قطر كمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشك پودر یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند ، كه مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو سیلیس می باشد ، این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراكم([2]SCC) به كار گرفته شده است . نانو سیلیس معلق كاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند: خاصیت ضد سایش ضد لغزش ضد حریق ضد انعكاس سطوح   آزمایشات نشان داده اند كه واكنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica ) با هیدرواكسید كلسیم در مقایسه با میكرو سیلیكا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار كم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میكرو سیلیكا را در سنین اولیه دارا می باشد . تمام كارهای انجام یافته بر روی كاربرد مواد نانو سیلیس كلوئیدی (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ریولوژی ، كار پذیری و مكانیكی خمیر سیمان بوده است . آنچه كه در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانومتر می باشد . 5. نانو لوله ها(NANOTUBES) همان گونه كه در مقدمه مقاله مطرح شد معمولاً الیاف برای مسلح كردن و اصلاح عملكرد مكانیكی بتن بكار برده می شوند . امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، كربن و  . . . در بتن برای مسلح كردن استفاده می شود و لیكن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله كربنی (Carbon Nanotubes  ) انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح كردن بوسیله نانو لوله ها استفاده كرد . نانو لوله كربنی توسط LIJIMA در سال 1991 كشف شده است و كارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیك كوانتوم انجام یافته است بطوری كه تحقیقات نوین بر روی تكنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می كند . كربن 60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند كه آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبك می كند بطوریكه می توانند خمیدگی و كشش را بدون شكستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف كربن خواهند شد كه در كامپوزیت ها به كار برده می شوند . نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مركز تحقیقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ایران ) ، دارای مقاومت كششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الكتریكی از خود نشان می دهند ، بطوریكه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الكتریكی آنها در حدود 1000 برابر فلز مس می باشد .  نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند كه انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را بوجود آورده اند . یك نسل جدید از نانو كامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های كربنی در نقش الیاف مسلح كننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابراین نانو لوله های كربنی از اجزای كلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختمانی با عملكرد بالای چند منظوره , بازی می كنند .   6. نتیجه گیری   منظور از مقاله ارائه شده نشان دادن مصالح جدید ساختمانی و بیان مزایای استفاده از این نوع مواد در صنعت ساختمان می باشد ، البته به دلیل نو بودن این نوع مصالح زمینه های فراوانی برای كارهای نظری و عملی در دانشگاههای كشور وجود دارد كه امید است كه با معرفی مصالح با ساختار نانو راه برای گامهای بلندتر در این زمینه باز شود

نوع مطلب : مقالات علمی آموزشی، 
برچسب ها : کاربرد نانو در صنعت بتن،
 

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: