حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
چگونه می‌توان ویژگی‌های بتن را با فناوری نانو کنترل کرد؟

چگونه می‌توان ویژگی‌های بتن را با فناوری نانو کنترل کرد؟

تاریخ : ۱۴۰۰/۰۲/۰۱ تعداد بازدید :‌ ۱۸۸۰
موضوعات : ساختمان
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
فناوری نانو شاخه‌ای از تحقیقات علمی و مهندسی است که بر درک و مدیریت مواد در سطح مولکولی متمرکز است. از فناوری نانو بیشتر برای بهبود عملکرد، دوام، پایداری و دیگر ویژگی‌های کیفی بتن استفاده می‌شود.

علاقه روزافزون به فناوری نانو شامل کاربردهای مختلفی از جمله در مهندسی عمران و محیط‌زیست پایدار است. برخی از پیشرفت‌های فناوری نانو در این زمینه‌ها شامل بهبود ویژگی‌های رئولوژی، دوام و مقاومت بتن است. ثابت شده است همه این موارد به ویژگی‌های نانوسکوپی اجزای مختلف بستگی دارد.

تغییرات کلیدی در سطح نانوسکوپی می‌تواند به طور قابل‌توجهی بر رفتار و مشخصه‌های اصلی بتن تأثیر بگذارد. به گفته کارشناسان، عملکرد سازه‌های بتنی و پایدار می‌تواند تا حد زیادی با استفاده از فناوری نانو بهبود یابد.

بسیاری از تحقیقات در مورد استفاده از فناوری نانو در بتن با محوریت ساختارهای نانو، تغییر این ساختارها در مقیاس اتمی و مکانیسم شکست محصولات مبتنی بر سیمان انجام شده است. هدف از این تلاش‌ها افزایش ویژگی‌های بتن بالک برای ساخت سازه‌های نازک‌تر، دستیابی به زمان گیرش (setting times) سریع‌تر و اثرات زیست‌محیطی کمتر بوده‌است. برخی از پیشرفت‌های اخیر در این حوزه بر استفاده از مواد تازه و بازیافتی به عنوان مواد افزودنی متمرکز شده‌است.

تاکنون مشخص شده است که فناوری نانو برای جلوگیری از ایجاد ترک و کاهش جمع شدگی مفید است. کاربرد ابزارهای فناوری نانو و نانومواد برای مشاهده و سفارشی‌سازی نفوذپذیری سیستم بتنی نیز در حال بررسی است تا سازه‌های بادوام‌تری ایجاد شود. پیش‌بینی می‌شود که مهندسی نانو، نسل جدیدی از کامپوزیت‌های سفارشی، چند منظوره، با کارایی و دوام استثنایی ایجاد نماید، که به احتمال زیاد دارای مجموعه‌ای از ویژگی‌های جدید، از جمله مقاومت الکتریکی کم و قابلیت‌های خود-تمیزشوندگی، خود-ترمیم‌شوندگی و خود-سنجی است.

همانطور که ویژگی‌های بتن در نتیجه ویژگی‌های مختلف اجزای آن تعیین می‌شود، برای دستیابی به این نتایج، نانومواد بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. برخی از این نانومواد تحول‌آفرین، که در بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:

 

نانو آلومینا

افزودن آلومینیوم اکسید در مقیاس نانو (نانو آلومینا) به بتن، به خصوص بتن فراتوانمند (UHPC; ultra-high-performance concretes) به طور قابل‌توجهی زمان گیرش را کاهش می‌دهد.

 

نانو سیلیکا

از قبل میکرو سیلیکا یک افزودنی بتن محبوب و متداول محسوب می‌شد و اکنون مشخص شده است نانو سیلیکا با توجه به دوام و مقاومت خود، پتانسیل قابل‌توجهی برای بهبود UHPC، دارد. همچنین مشاهده شده است که نانو سیلیکا در کم‌ترین مقدار سوپر پلاستی سایزر، کارآیی را بهبود می‌بخشد. یک اشکال عمده، هزینه و کمبود آن در مناطق خاصی از جهان است.

 

نانو متاکائولین

کائولین یک ماده معدنی لایه‌لایه سیلیکاتی است که کاربردهای مختلفی از جمله کاربردهای دارویی دارد. تحقیقات نشان داده‌است که نانو متاکائولین ریز آسیاب شده که به شدت مقاوم هستند، هیدراتاسیون سیمان را ارتقا می‌بخشد، مقاومت فشاری سیمان را به طور قابل‌توجهی افزایش و جذب آب را کاهش می‌دهد.

 

نانو رس

نانو رس، نانوذراتی از سیلیکات‌های معدنی لایه‌لایه است و این یکی از مقرون به صرفه‌ترین موادی است که نتایج امیدوار کننده‌ای را در پلیمرها نشان داده است.

ذرات نانو رس به طور معمول ضخامت حدود ۱ نانومتر و پهنایی بین ۷۰ تا ۱۵۰ نانومتر دارند و دارای ساختار «پلاکتی» متمایزی هستند که آن‌ها را به یک کاندید عالی برای فناوری نانو تبدیل می‌کند. ویژگی‌های ساختاری ارزشمند نانو رس، شامل پایداری شیمیایی، فضای بین لایه‌ای، ظرفیت هیدراتاسیون بالا، قابلیت تورم و واکنش‌پذیری بالا است.

 

تمرکز بر روی ژل C-S-H

یکی از محورهای اصلی تحقیقات فناوری نانو در حوزه بتن، ژل کلسیم-سیلیکات-هیدرات (C-S-H) است که محصول غالب تولید شده توسط واکنش‌های شیمیایی بین سیمان و آب است.

ژل C-S-H دارای خصوصیاتی در مقیاس نانو است که از نظر مدل‌سازی و بررسی چالش برانگیز هستند. ژل C-S-H مسئول استحکام ساختاری و سایر ویژگی‌ها است که یک جز حیاتی با ویژگی‌های نانومتری مهم محسوب می‌شود.

چارچوب C-S-H شبیه به خاک رس است، با لایه‌های نازکی از مواد جامد که بوسیله یک لایه ژل اسفنجی پر شده با آب جذب‌شده مجزا می‌شوند. ژل C-S-H به دو دسته مختلف تقسیم می‌شود: چگالی پایین و چگالی بالا. در حالی که هر دو دسته به طور کامل مورد تحقیق قرار گرفته‌اند، دانشمندان هنوز نمی‌دانند که چگونه ساختارهای هر نوع ژل C-S-H بر خواص مکانیکی مصالح بتن تأثیر می‌گذارند. به طور کلی، به نظر می‌رسد ژل با چگالی کم امیدوار کننده‌تر از ژل با چگالی بالا است؛ زیرا به راحتی در تخلخل گسترش می‌یابد، که مهمترین عامل کیفیت ژل C-S-H در بتن است.

 

تحقیق در مورد نانولوله‌های کربنی در بتن مسلح شده با فولاد

مقاومت اتصال آرماتورهای فولادی از مهم‌ترین عوامل در طراحی سازه‌های بتنی است. مطالعه جدیدی نشان داد که ترکیب نانولوله‌های کربنی (CNT) می‌تواند منجر به تقویت اتصال، افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن مسلح شده با فولاد در مقایسه با نمونه‌های شاهد شود.

در این تحقیق، مطالعه میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نمونه شاهد و نمونه دارای نانولوله انجام شد که نشان داد نمونه دارای نانولوله از ساختار خوبی برخوردار است. همچنین مشخص شد نانولوله‌ها به صورت پلی بر روی ترک‌های ریز رفتار می‌کنند و این امر افزایش خواص مکانیکی این محصولات بتنی را توضیح می‌دهد.

تیم تحقیق نشان داد که پهنای میله‌های فولادی نقش عمده‌ای در خرابی در طول انجام تست بیرون کشیدگی و خوردگی بتن دارند. افزودن نانولوله‌ها همچنین میزان خوردگی میله‌های فولادی را در محدوده خطر شناخته‌شده افزایش داد. در حالی که نتایج مثبتی بدست‌آمده است، برخی از مزایای بزرگ استفاده از نانولوله‌ها محدود بوده و توسط تیم تحقیق «متوسط» خوانده شد.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code