نانو مواد ها در راستای صنعت بتن
نانو مواد ها در راستای صنعت بتن

امروزه توسعه فناوری نانو به دلیل ماهیت بین رشته ای آن سریع تر از قبل است. سایر شاخه های مهندسی شروع به استفاده از این فناوری در روند توسعه خود کرده اند؛ یک مثال می تواند فناوری بتن باشد. تقریبا یک دهه از اولید کاربرد نانوذرات در محصولا بتنی گذشته است. در طول این دوره زمانی، در فرآیند تحقیقات محققان، دو مسیر تشکیل شده است. اولین مسیر، نظارت دقیق بر ریز ساختار و ساختار کل محصولات بتن با کمک ابزار و روش های فناوری نانو است. مسیر دوم توسعه محصولات بتنی با فناوری نانو است؛ با این حال، برای حصول نتایج مهم از این بررسی، بررسی دقیق تر لازم است. در جهان امروز، توسعه پایدار از اهداف مهم جوامع محسوب می شود؛ از این رو، توسعه پایدار زیست محیطی یک زمینه بسیار مهم در رسیدن به این هدف محسوب می شود.

امروزه بتن پس از آب، از کاربردی ترین مواد در جهان است. این محبوبیت به لت قابلیت های متعدد سازه های بتنی است. مدیریت هزینه ی ساخت سازه های بتنی، ایجاد سریع و راحت طرح های متنوع معماری و امکان نظارت بر بهره وری سازه های بتنی فقط چند ویژگی خاص در سازه های بتنی است که منجر به گسترش گرایش به این سازه ها شده است. با توجه به محبوبیت آن، هر ساله حدود 10 میلیارد تن بتن در جهان تولید می شود و مصرف می شود. از یک دیدگاه دیگر، باید به این نکته نیز توجه شود که صنعت بتن تاثیر قابل توجهی بر محیط زیست دارد. برای در نظر گرفتن معیارهای توسعه پایدار، می توان یک طبقه بندی سه جانبه برای آن را ارائه داد: اثرات اقتصادی، اجتماعی و محیط زیست. بنابراین، به منظور ارزیابی اثرات استفاده از محصولات بتنی بر محیط زیست و همچنین راهکارهای کنترل این تاثیرگذاری، باید چرخه زندگی بتن را مورد بررسی قرار گیرد. ویژگی های توسعه پایدار شامل توسعه پایدار زیست محیطی و تاثیرات آن بر محیط زیست می شود. بنابراین، این بدان معنی است که توسعه یک محصول نباید منجر به تخریب محیط زیست یا انقراض ارگانیسم های طبیعی شود. از این دیدگاه، توسعه "محصولات بتنی" به عنوان یک پدیده مخرب زیست محیطی مرتبط با آلودگی محیط زیست شناخته شده اند. همانطور که مشاهده شد، تولید بتن نتیجه مخلوط کردن چندین مواد خام است. هر یک از این مواد اولیه از طبیعت استخراج می شوند. از سوی دیگر، فرآیند تولید، حمل و نقل و اختلاط بتن با مصرف انرژی و آلودگی همراه است. به عنوان مثال، مصرف سوخت در اتومبیل ها، کامیون ها، بنکرها منجر به آلودگی هوا می شود. علاوه بر این، تولید بتن از مواد خام نیاز به مصرف انرژی در طول چرخه تولید دارد که همچنین منجر به آلودگی می شود. همچنین بتن ریزی در حین ساخت و ساز با آلودگی صوتی ارتباط دارد.

تحقیقات دقیق تر نشان می دهد که مصرف انرژی به علت استخراج و سوختن سوخت، باعث آلودگی می شود. در برخی موارد، صنعت سیمان به عنوان یک آلاینده قابل توجه است، زیرا حدود 5 درصد گاز دی اکسید کربن تولیدی (CO2) را تولید می کند. آخرین و مهم ترین مورد این است که تخریب سازه های بتنی حجم زیادی از بقایای بتن را ایجاد می کند. بنابراین، اگر صنعت بتن به سمت توسعه پایدار حرکت کندف اثرات زیست محیطی محصولات بتنی باید همراه با بهبود ویژگی های آنها برای رسیدن به بازارهای بزرگ و پیشرفت اقتصادی کاهش یابد. 

تکنولوژی بتن سبز

براساس بحث های قبلی، صنعت بتن (با توجه به صنعت سیمان به عنوان زیر مجموعه آن) اثرات مخربی بر محیط زیست دارد. این اثرات در سه دسته طبقه بندی می شوند. اول، مصرف منابع غیر قابل تجدید و تجدید پذیر است. رده بعدی شامل آلودگی های زیست محیطی و آخرین رده تولید زباله در طول تولید، انتقال، مصرف و در نهایت تخریب محصولات مبتنی بر سیمان در پایان عمر آنها است. البته، لازم به ذکر است که مهم ترین گاز تولید شده در این صنعت، CO2 است که از تولید سیمان تولید می شود. با این وجود ما حتی می توانیم فرض کنیم تولید سیمان، گازهای دیگر گلخانه ای ایجاد نمی کند. اما، با توجه به چرخه عمر محصولات بتنی، نباید تولید گازهای گلخانه ای دیگر ناشی از سوخت های فسیلی را در تولید سیمن و بتن و حمل و نقل نادیده گرفت. بنابراین، باید راهکارهایی برای ساختن بتن تمیز به منظور کاهش مصرف منابع طبیی (مواد خام و انرژی) و کنترل پس ماندها و آلودگی اتخاذ گردد. بر این اساس، این مطالعه بحث صنعت بتن سبز را در پیش می گیرد. انرژی برای هر یک از اجزاء حمل و نقل بتن تولید و مخلوط سازه ها استفاده می شود. بنابراین، انرژی برای تولید بتن مورد استفاده قرار می گیرد. از سوی دیگر، تمام سطوح استخراج، تولید اجزای بتنی و تولید بتن باعث ایجاد آلودگی می شود. تقریبا 55 تا 75 درصد حجم بتن سنگدانه و 25 تا 45 درصد ملات (شامل پودر، آب و مواد شیمیایی) است. بنابراین، باید یک مدل مناسب با دیدگاه های واقع بینانه را برای کاهش منابع مصرفی مانند سنگدانه مصرفی (زبر و نرم)، مواد پودری و آب ارائه دهد. مقدار افزودنی های شیمیایی در مقایسه با سایر اجزای بتنی ناچیز است. پساب های موجود باید جایگزین آب مصرفی شود که در بسیاری از کشورها در سراسر جهان هدر می رود. بعضی از نمونه ها عبارتند از: فاضلاب، آبهای باران در شهرها یا آب های دفع شده از کارخانه های بتنی. البته، با توجه به استانداردها و محدودیت های کیفیت آب در مورد بتن، تصفیه آب برای این نوع آب جایگزین، الزامی است.

با توجه به مقادیر استفاده شده برای هر یک از مواد تشکیل دهنده بتن، استفاده بهینه از دانه ها و مواد پودر تاثیر زیدی بر کاهش مصرف منابع طبیعی در صنعت بتن دراد. بسیاری از مطالعات در سراسر جهان براساس موضوعات فوق انجام شده است. بنابراین، در این کتاب سی شده است تا راهکارهای ارائه شده در تحقیقات معاصر، به منظور کاهش مصرف دو جزء اصلی بتن (سنگدانه و مواد سیمانی) بیان شود. با این حال، با توجه به اهمیت حفظ و مدیریت منابع آب در قرن حاضر و به ویژه در کشورهای دارای آب و هوای گرم و خشک، روش های تامین آب مورد نیاز برای سازه های بتنی، با کمک فناوری نانو مورد بررسی و توسعه قرار گرفته است، که به طور خلاصه در موارد زیر ذکر شده است. با توجه به مطالعات اخیر، با استفاده ز باقی مانده تخریب سازه های بتنی، می توان چرخه عمر بتن را تکمیل کرد و از این رو استفاده از منابع را کاهش داد. این مهم امکان پذیر می باشد، چرا که پس از فرآیند خرد کردن و دانه بندی، می توان باقی مانده ها را به عنوان سنگدانه مورد استفاده به صورت متراکم برای بتن تایید شده است. این باقی مانده های صنعتی دارای قابلیت تحمل بار مانند سایر مصالح دور ریزی نظیر آجر دور ریز، لاستیک تایر دور ریز، سرباره و ... می باشند. از سوی دیگر، با استفاده از مواد پودر زیاله ای که توسط سایر صنایع به عنوان مواد پوزولانیک برای جایگزینی سیمان ساخته شده، تقاضا برای سیمان کاهش قابل توجهی یافته است. خاکستر سرباره سیلیسیوم، خاکستر پوسته برنج، خاکستر لجن فاضلاب، خاکستر نخل و سایر انواع خاکستر می تواند به عنوان خاکستر پوزولانیک دور ریز ذکر شود. علاوه بر این، برخی از باقی مانده های صنایع مختلف به نام پودر پرکننده در حال حاضر در محصولات بتنی استفاده می شود. امروزه، استفاده از این مواد پوزولانی و مواد پرکننده در حجم بالا توسط محققان مورد نظر است. از طریق این استراتژی، کاهش بیشتر سیمان، می تواند حاصل شود. بر این اساس، اگر ویژگی های مقاومت و دوام مواد بتنی سبز بهبود یابد، پیشرفت ملموس در صنعت سبز بتن به دست می آید. به عنوان یک نتیجه، بتن سبز به طور مستقیم در ساخت و ساز به عنوان بتن ساخت و ساز استفاده می شود.

از یک سو، استفاده از استراتژی های دیگر برای کاهش مصرف انرژی و مواد خام در هنگام تولید سیمان نیز مورد توجه قرار گرفته است. و برخی از این استراتژی ها عبارتند از بهینه سازی مصرف انرژی در طول تولید سیمان، استفاده از مواد پودر زباله برای تولید سیمان، تولید سیمان ضعیف برای کاهش مصرف انرژی و نیز کاهش انتشار CO2، کاهش سوخت های به دست آمده ناشی از تولید مواد زائد و باقی مانده های بازیافت از کارخانه سیمان برای تولید بتن. یکی دیگر از نکات مهم که باید در چرخه عمر بتن مورد توجه قرار گیرد تولید حجم بالای باقی مانده پس از از بین بردن سازه های بتنی بزرگ است. این مورد در کشورهای در حال توسعه بیشتر دیده می شود. زیرا سازه های بتنی عمر کوتاه تر دارند. در نتیجه، هرگاه که کیفیت مواد مورد استفاده در سیمان پایین تر باشد، قابلیت استفاده از سازه های پایین تر می باشد و بنابراین در یک دوره کوتاه تر از بین می رود. از سوی دیگر، سازه های جدیدی که جایگزین آنها شده اند، مواد سمیانی اضافی برای ساخت اعضای بتنی نیاز دارند. این یک هشدار دیگر در مورد استفاده از مواد بتنی جدیدمی دهد.

بر این اساس، هر چقدر مصالحی که برای ساخت بتن مورد استفاده قرار می گیرند دارای کیفیت پایین تری باشند، دوره تولید ضایعات بتنی نیز کوتاه تر خواهد شد؛ بنابراین استفاده از مواد بتنی در یک فاصله زمانی مشخص افزایش می یابد. بنابراین استفاده از مواد با بتن با کیفیت بالا، از لحاظ معیارهای زیست محیطی و اقتصادی، اساسی است. علاوه بر این، در دو دهه گذشته، مواد بتنی جدید، با بهبود کارآیی، ویژگی های مکانیکی و دوام عرضه شده و به بازار ساخت و ساز ارائه شده اند. بتن های خود مترا��م، بتن های فوق توانمند و بتن های پودر فعال، نمونه هایی از این محصولات جدید هستند. استفاده از این نوع بتن ها در سازه های متعارف و خاص، طول عمر و قابلیت کارکرد این سازه ها را افزایش داده است. اگر این نوع بتن از مواد دور ریز ساخته شده باشد، عملکرد آن را افزایش می دهد و چندین اثر مثبت زیست محیطی را به همراه خواهد داشت. در نتیجه، توسعه بخش بازیافت در صنعت بتن مهم ترین استراتژی برای دستیابی به صنعت بتن سبز است. علاوه بر این، لازم به ذکر است که برخی از مواد مبتنی بر سیمان، مانند دوغاب و ملات ترمیم، برای ارتقاء و ترمیم سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند. در حالی که هر ساختار تحت تاثیر عوامل مختلف، عملکرد مناسب را نداشته باشد، نیاز به ترمیم و بازسازی دارد. این مواد معمولا هنگامی که تخریب مشاهده می شود، (مثل ترک هایی در بخش های ساختمانی که در زمان بارگذاری مشخص شده اند) استفاده می شوند. بنابراین، اگر رفتار و عملکرد سازه ها تحت نظارت قرار گیرد، می توان اقدامات پیشگیرانه ای را برای توقف یا کنترل روند تخریب انجام داد. بهبود فرآیند تکمیل و تعمیر نیز منجر به کاهش مصرف مواد ترمیم سیمانی شده است. علاوه بر این، سازگاری مصالح بتنی و کلی سیمان با محیط، بیشتر باید مورد بحث قرار گیرد.

این موضوع را می توان از جنبه های  مختلف مورد بحث قرار داد. اولا تولید مواد اولیه مورد نیاز برای تولید مواد بنیادی و همچنین ساختتن اعضای بتنی به طور قابل توجهی آسیب های زیست محیطی را تشدید می کند. همان طور که قبلا ذکر شد، به دست آوردن منابع انرژی و مواد خام، انتشار گازهای گلخانه ای در طول فرآیند تولید هر یک از اجزاء و همچنین محصول نهایی و حمل و نقل آنها، اثرات منفی قابل توجهی در روند تولید مواد مبتنی بر سیمان دارد. با این حال، جنبه دوم اثرات زیست محیطی محصولات بتنی، اثرات آنها پس از مرحله تولید، در طول عمر مفید و پس از تخریب است. کربناته و اشباع شدن مواد مبتنی بر سیمان، دو نمونه مهم از این تاثیرات است. هنگامی که بتن در معرض "دی اکسید کربن "(CO2) موجود در محیط زیست قرار می گیرد، از طریق نفوذ این گاز به بتن و واکنش آن با Ca+2 در مواد مبتنی بر سیمان محلول در منافذ و در نتیجه تشکیل کربنات کلسیم (CaCO3)، آسیب می بیند. مهم ترین نکته در اینجا این است که از دست دادن pH در محلول منافذ منجر به حل شدن و شستشوی واکنش تولید هیدراتاسیون اصلی (کلسیم- سیلیکات هیدرات) می شود. همچنین می توان نتیجه گرفت که کربناسیون، که یک پدیده طبیعی است و بر روی بتن اثرات مخرب (مانند کاهش قدرت و دوام) دارد. بروز کربناسیون به علل مختلف است، اما اگر ما قدرت ماتریس بر پایه سیمان را بهبود بخشیم و تا حدودی منافذ آن را کاهش دهیم، می توانیم کربناسیون را کاهش دهیم. مسئله دیگر، شستشو مواد مبتنی بر سیمان در حضور مایعات است. این مشکل در صورتی که آب دارای املاح اسیدی باشد یا به عبارت دیگر PH کمتری در مقایسه به محلول منافذ داشته باشد، بدتر می شود. این ویژگی باعث هیدرولیز شدن سیمان می شود و هیدرات ها را در آن افزایش می دهد، منافذ را افزایش می دهد و موجب از دست دادن استحکام آن می شود. این مسئله مهم است در حالی که ساختار بتن برای استفاده خاص (به عنوان مثال ذخیره سازی زباله های هسته ای) ساخته شده باشد یا ساختار (یا پایه های آن) توسط زمین محصور شده باشد. از سوی دیگر، هنگامی که ما زباله های ساختمانی را در محل نامناسب دفع می کنیم، به تدریج آب های زیرزمینی اطراف آن را از بین می برد، که توسط تجزیه بعدی بقایای بتن و حل شدن یون های بتن به آب انجام می شود. از آنجا که مهم ترین ین شستشو Ca+2 است، سختی آب زیرزمینی بیشتر می شود. سختی آب می تواند اثر منفی بر کیفیت آب و استفاده از آن برای بشر داشته باشد. به طور خلاصه، سازه های بتنی آسیب دیده و آب های زیرزمینی نیز آلوده می شوند. بنابراین، اگر مواد سیمانی بهبود پیدا می کنند، می توانیم به سازگاری محیط زیست کمک کنیم. به این ترتیب، می توانیم یکی از مهم ترین عوامل سازگاری محیط زیست با مواد سیمان شناخته شده به عنوان اشباع فلزات سنگین و نمک ها را پیشنهاد کنیم.

صنعت بتن

استراتژی های پیشنهادی در بخش قبل روش می سازد که توسعه محصولات بتنی و استفاده از مواد زائد برای تولید بتن عامل اصلی در دستیابی به ساخت و ساز سبز و محصولات بتنی است. علاوه بر این، دیده می شود که فناوری نانو ابزار مناسب تری برای توسعه صنعت بتن سبز است. فناوری نانو همچنین می تواند با ایجاد محصولات جدید مبتنی بر فناوری نانو که باعث کاهش آلودگی محیط زیست تولید شده توسط صنایع دیگر شود. این بخش از کتاب، یک مطالعه دقیق و جامع در مورد تحقیقات پیشین جهانی در مورد فناوری نانو در توسعه محصولات مبتنی بر سیمان انجام می دهد. این موضوع می تواند به نام "انقلاب سبز" در صنعت بتن باشد. همچنین، راهبردهای عملی تر برای توسعه محصولات سبز در صنعت بتن، بیان شده است. براساس تحقیقات و مطالعات انجام شده در بخش دیگر، اثر بخشی نانو ذرات در توسعه بتن سبز می تواند در موارد زیر خلاصه شود:

- کاهش مصرف منابع؛

- کاهش آلودگی محیط زیست؛

- نظارت بر عمبکرد محصولات بتنی.

براساس این مطالعه، اثر بخشی سه گانه فناوری نانو، به منظور ساختن صنعت بتن سبز، مشاهده می شود.

کاهش مصرف منابع طبیعی

توسعه محصولات بتنی در نتیجه افزایش خواص رئولوژیکی، مقاومت و دوام محصولات بتین شکل می گیرد. بنابراین، این طول عمر محصول را افزایش می دهد. همانطور که در بخش دوم این فصل ذکر شده است، این مسئله همچنین مصرف منابع طبیعی و به نوبه خود نیاز به ایجاد ساختارهای جدید یا استفاده از مواد برای تعمیر و تعویض را کاهش می دهد. از سوی دیگر، توسعه محصولات سبز و محصولات جدید بتنی منجر به عملکرد بهتر و عمر طولانی تر سازه های بتنی می شود. توسعه خواص محصولات بتنی ساخته شده با بقایای بتن (به عنوان مثال سنگدانه ها و پرکننده ها) و دور ریزهای صنایع دیگر (به عنوان مواد جامد، پرکننده و پوزولانیک) تقاضا برای این محصولات به دلیل قدرت و دوام (که منطبق با محدودیت آیین نامه ها می باشد) را افزایش می دهد. در نتیجه، مصرف بیشتر زباله ها، از کاهش منابع طبیعی جلوگیری می کند. علاوه بر این، نانوفیلتراسیون را می توان برای تصفیه آب باران، فاضلاب و حتی آب از میکسر شستشو و کامیون میکسر استفاده کرد. این مسئله برای کشورهای دارای کمبود آب موثر است. با توجه به روند افزایش دمای جهانی (گرم شدن کره زمین) و از دست دادن آب شیرین، باید در مورد بهینه سازی مصرف آب با استفاده از مواد نانو در سیمان، که تقریبا یک دهه قبل محبوب شد، اندیشید. نانو مواد (مواد تولید شده توسط نانوتکنولوژی با ابعاد نانومتر) مورد استفاده مواد سیمانی، در 3 گروه قرار می گیرند: پودر و نانو ذرات کلوئیدی، افزودنی های نانوشیمی و نانو رشته ها. نانو ذرات، با استفاده از هر دو روش از بالا به پایین و پایین به بالا تولید می شوند. کاهش اندازه ذرات و افزایش سطح، سطح واکنش را افزایش می دهد. این موضوع باعث افزایش کارایی مواد پوزولانی می شود. از سوی دیگر، آن پر شدن مواد پوزولانی و فیلرها را بهبود می بخشد. ای بهبود ویژگی ها، خصوصیات بتن را ارتقا می دهد: رئولوژی بتن، مقاومت و دوام آن. از این رو استفاده از ابزار نانو مانند توپ آسیاب سنگی یا توپ آسیاب بادی می تواند اندازه ذرات و ابعاد آن را نسبت به اندازه های نانو کاهش دهد. این مسئله واکنش پذیری ذرات و اثرات micro-filling را به شدت افزایش می دهد. تولید نانو مواد نیز می تواند با رویکرد پایین به بالا و واکنش های شیمیایی حاصل شود. در این روش ها می توان آرایش و ویژگی های مورد علاقه اتم ها را به دست آورد و تغییرات دلخواه بر روی نانو مواد انجام می شود. با این حال، در سال های اخیر، نانو ذرات با استفاده از هر دو روش، به دست آمده اند. در نتیجه، این مقدمه ای بر روش جدید مبتنی بر دو روش ذکر شده می باشد. بیشتر نانو ذرات مورد استفاده در صنعت بتن با روش های پایین به بالا تولید می شود. تولید نانو ذرات از سه جنبه در نظر گرفته شده است. جنبه اول تولید نانو مواد از بازیافتی صنایع دیگر است. جنبه دوم تولید نانو ذرات با قوی ترین واکنش با ذرات سیمان است که باید سوپر پوزولان باشد. از سوی دیگر، ترکیبی از این دو جنبه می تواند هدف نهایی باشد. علاوه بر این، محققان به نانو ذرات اکسید روی آهن (ZnFe204) دست یافته اند که از قوس الکتریکی گرد کوره بدست آمده است و باعث افزایش قدرت و دوام بتن شده است. علاوه بر این، محققان دیگر، برای تولید نانو ذرات سیلیکا از خاکستر پوسته برنج استفاده کرده اند. لازم به زکر است که موضوع مذکور، همراه با حرکت به سمت هدف نهایی است که به معنی توسعه راهکار محصولات سبز است. این به این دلیل است که نانو ذرات سیلیکا، یک نوع نانو ذرات تولید شده از مواد زائد، به عنوان بهترین نانو ذرات مورد استفاده در ساختار مواد سیمان شناخته شده اند. دیگ انواع نانو ذرات یا مواد در اندازه نانو توسط روش های پایین به بالا به کار رفته در مواد بتنی بر سیمان عبارتند از: نانو ذرات سیلیکا، اکسید نانو آهن، نانو آلومینا، نانو رس، نانو اکسید تیتانیوم، نانو کربنات کلسیم.

نانو ذرات در ساختار مواد سیمان، فقط با نام نانو ذرات استفاده نمی شود. ملاحظات دیگر باید مورد توجه قرار گیرد تا تصمیم گیری در مورد عملکرد، قیمت پایین و دسترسی به آن ممکن شود. بر این اساس، نانو ذرات سیلیکا، چه به لحاظ عملکرد و چه از نظر قیمت و قابلیت دسترسی، مناسب ترین نانو ذرات مورد استفاده در صنعت بتن هستند. نانو ذرات برای بهبود خواص مکانیکی و دوام محصولات مبتنی بر سیمان با توجه به رفتارهای مختلف آنها مورد استفاده قرار م یگیرند. نانو ذرات عملکرد ماتریس مواد مبتنی بر سیمان با توجه به داشتن یک یا چند دسته زیر بهبود می بخشد.

- افزایش تولید ژل کلسیم، سیلیکات، هیدرات (C-S-H) به علت واکنش پوزولانی و کاهش مقدار کریستال های Ca(OH)2؛  

- برای جلوگیری از رشد بیش از حد کریستال در ماتریس و کنترل کریستالیزاسیون؛

- میکرو نانو فیلینگ؛

- توسعه واکنش هیدراتاسیون.

نوع دوم نانو مواد در ساختار مواد سیمان مبتنی بر افزودنی نانو و شیمیایی است. این مواد عملکرد رئولوژیکی محصولات بتنی را بهبود می بخشد و به منظور تولید بتن های خاص مانند SCC، UHPC و RPC از حمایت عمده ای برخوردار می باشند. بعضی از نمونه های این مواد، عبارتند از عوامل اصلاح کننده نانو ویسکوزیته، نانو سوپر پلاستیزر و نانوپلیمرها. در نهایت، گروه سوم نانو مواد؛ نانو الیاف مورد استفاده در ماتریس مواد بتنی هستند. با توجه به انواع الیاف در ساختار مواد مبتنی بر سیمان، نانو فیبرهای کربن (CNF)، نانو لوله های کربنی (CNT) و نانو فیبرهای سلولوزی می توانند معرفی شوند. الیاف نانو ویژگی های مکانیکی را بهبود می بخشد، ظرفیت ضربه بیشتر ایجاد می کند و ترک ها را در نمونه های بتنی کاهش می دهد. این مواد باعث افزایش قدرت کشش و خمش می شوند، با ایجاد پل بین میکرو ترک در ماتریس های سیمانی و نیز به عنوان سایت های مرکزی برای هیدراتاسیون عمل می کنند. با این حال اگر این نانو ذرات به طور مناسب پراکنده نشوند و در محلول ماتریس مواد مبتنی بر سیمان آگلومره (لخته) شوند، عملکرد آنها در ماتریس کاهش می یابد. به عنوان یک نتیجه، سوپرپلاستیزرهای کاهش دهنده آب ب محدوده بالا، باید از نانو ذرات کمک بگیرند و همچنین استفاده از مقادیر پایین نانو ذرات (کمتر از 5%) به فرآیند تولید کمک می کند. علاوه بر این، استفاده از مقادیر کمتری از این نوع مواد، به دلیل کاهش هزینه ها، ترجیح داده می شود. نکته قابل توجه دیگر افزایش انقباض در حالی است که ذرات نانو افزوده می شوند. این مسئله می تواند در کارایی ساختار موثر باشد. کاربرد دوز پایین نانو ذرات می تواند این نقص را به نحو قابل قبول مرتفع کند؛ با این حال، اکثر ما باید از عوامل کاهش دهنده انقباض استفاده کنیم. در نهایت، باید به سیستم ترکیبی نانو مواد به عنوان یک سیستم دارای رفتار مثبت استراتژیک اشاره کرد که مسئله قابل توجه مطالعات آینده است. در کنار جدیدترین تحقیقات انجام شده در این زمینه، استفاده از نانو الیاف (CNT) همراه با نانو نقره مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که نسبت سیستم های ترکیبی نانو الیاف- نانو رس (6 درصد نانو رس و 02/0 نانو الیاف) می توانددر مقایسه با استفاده جداگانه از هر نانو مواد مختلف متفاوت باشد. بنابراین، در آینده نزدیک، ما می توانیم با استفاده از ترکیبات سیمانی چند سیستم مختلف نانو مواد، قادر به تولید نانو مامپوزیت های مبتنی بر سیمان با رفتار انحصاری باشیم. از این رو، این سیستم های هیبریدی می توانند به شدت عملکرد انواع مختلف مواد سیمان را توسعه دهند. نقطه قابل توجهی که باید در نظر گرفته شود توسعه دانش علم محاسباتی است. با استفاده از روش های مختلف محاسباتی (مانند "initio ab" و "دینامیک مولکولی")، محققان ریز ساختار کامپوزیت های سیمان را بررسی کرده اند. به عنوان یک نتیجه، با اطلاعات جامع در مور کامپوزیت های مبتنی بر سیمان، می توان خواص آنها را بهبود بخشید و نتایج مهمی را با تغییرات بسیار کم به دست آورد. بنابراین، د تمام بخش های زیر، در حین بحث در مورد توسعه مواد مبنی بر سیمان، باید بدانید که ما می توانیم عملکرد این مواد را با توسعه روش های مدل سازی در مقیاس اتمی و تحقیقات شیمیایی و ریز ساختاری فیزیکی افزایش دهیم. بر این اساس، استفاده از مدلسازی میکروساختار (در مقیاس های مولکولی و اتمی) به عنوان یک جایگزین در توسعه خواص میکرو سازه و ساختارهای اصلی کامپوزیت های سیمانی شناخته شده است.

جهت اطلاع از آخرین اخبار، در خبرنامه کلینیک بتن عضو شوید. عضویت در خبرنامه