بتن یک ماده با مقیاس ماکرو است که به شدت تحت تاثیر خواص خود در مقیاس نانو قرار دارد. فعالیت های تحقیقاتی اخیر در زمینه نانو تکنولوژی در بتن شامل: بررسی ذاتی هیدراتاسیون در سیمان، تاثیر اضافه کردن نانو سیلیکا به بتن، اضافه کردن نانو ذرات به سیمان، بتن و پوشش های سیمانی و مشاهده تاثیرات آنها بر رفتار و مشخصات ایجاد شده است. نانو مهندسی شامل تکنیک های دستکاری ساختار در مقیاس نانومتری به منظور ایجاد نسل جدید و مناسب کامپوزیت های سیمانی با رفتار مکانیکی یده ال است و حتی می توان بتن با خواص جدیدی مثل مقاومت الکتریکی پایین، هوشمند بودن، خود تمیز کننده، خود ترمیم کننده، شکل پذیری بالا و ... به وجود آورد. اضافه کردن نانوسیلیکا (SiO2) به مواد مبتنی بر سیمان می تواند زوال واکنش کلسیم- سیلیکات هیدرات ناشی از شستشوی کلسیم در آب را کنترل کرده، از نفوذ آب جلوگیری کند و منجر به دوام بیشتر بتن شود. حسگرهای نانو دارای پتانسیل زیادی هستند که برای کنترل کیفیت و نظارت بر دوام در ساختارهای بتنی مورد استفاده قرار می گیرند. (برای اندازه گیری تراکم بتن و ویسکوزیته، برای نظارت بر گیرش بر گیرش بتن و اندازه گیری میزان افت یا درجه حرارت، رطوبت، غلظت کلر، pH، دی اکسید کربن، تنش، خوردگی آرماتور و یا ارتعاش). نانو لوله های کربنی مقاومت فشاری نمونه های ملات سیمان را افزایش می دهند و خواص الکتریکی آنها را که می تواند برای پایش سلامت و تشخیص آسیب استفاده شود، تغییر می دهد. افزودن مقدار کمی (1%) از نانولوله های کربنی می تواند خواص مکانیکی نمونه های مخلوط سیمان پرتلند و آب را بهبود بخشد. نانولوله های چند جداره اکسید شده بهترین اثرات را در مقاومت فشاری و مقاومت خمشی، نسبت به نمونه های مرجع نشان می دهد.
نمونه ای از حسگرهای نانو برای پایش وضعیت بتن
در دنیای امروز بتن بعد از آب پر استفاده ترین ماده در جهان محسوب می شود. با استفاده از ویژگی های منحصر به فرد این ماده مثل: عمل آوری در دمای معمولی، خزش کم، قابلیت شکل گیری در قالب های پیچیده، مقاومت حرارتی تا دمای 600 درجه سلسیوس، همساز بودن با انواع رشته ها و فیبرهای موجود، قابلیت استفاده با نانو موادهای موجود مثل نانو سیلیکا و مشخصات غیر سمی بتن، می تواند به صورت موثر برای ساختن ماده ای جدید با قبلیت های فوق العاده به کار رود. به عنوان مثال می توان با نانو سیمان های فرآوری شده، پوسته هایی با ضخامت چند میکرون و با شکل های مختلف همچون استوانه ایجاد کرد و در اجزا الکترونیکی و سنسورهای حرارت بالا به کار برد. همچنین می توان از نانو لوله های کربنی هم برای افزایش مقاومت بتن و هم برای شکل دهی مدارهای الکترونیکی استفاده کرد. یکی از کاربردهای مهم این مواد جدید برای پوشش بتن است، پوشش های پایه سیمانی موجود می بایست ضخیم بوده و برای بهبود چسبندگی آنها نیاز به افزودن مواد پلیمری است. نانو سیمان ها یک الگوی جدید در این حیطه ارائه خواهند داد. می توان با مواد و تکنیک های جدید، پوشش های نانو متری با مشخصه های خاص مثل مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر حرارت و پوشش ها با خاصیت الکتریکی تولید کرد، همچنین می توان پوشش هایی ساخت که حرارت کمتری تولید کنند و در نتیجه اصطکاک کاهش یابد. پوشش ها می توانند خود تمیز شونده و خود ترمیم کننده باشند. با استفاده از فناوری نانو تحول شگرفی در زمینه بتن ایجاد می گردد.
بتن خود تمیز شونده