با توجه به موارد ذکر شده، مواد نانو، با بهبود خواص رئولوژیکی، قدرت و دوام طول عمر محصولات سیمان را افزایش می دهند، از سوی دیگر، این مواد به تشکیل محصولات جدید بتونی مانند SCC، UHPC، HPC، RPC و غیره کمک می کند. در یک طرف، افزایش قدرت RPC حاوی nano-SiO2 در مقایسه با بتن های ساخته شده از ذرات سیلیسی دی متیل، و از طرف دیگر، توسعه منطقه انتقال گذرا، شاهدی برای عملکرد فوق العاده ذرات با ابعاد مقیاس نانو برای مقیاس کوچک قابل ملاحظه است. همچنین، مقاومت HPC در برابر انجماد به کمک نانو ذرات گزارش شده است. دلیل اصلی این رویداد، توسعه میکرو ساختار بتن تقویت شده با ذرات نانو SiO2 است. در تحقیق دیگریف با استفاده از انواع مختلف نانو سیمان، رفتار این نانو ذرات در ماتریس RPC مورد بررسی قرار گرفته اشت. استحکام کششی فشاری و تقسیم بندی با نتایج آزمایش تایید شد. نکته مهم این است که مدول الاستیم ثابت باقی می ماند که باعث افزایش انرژی شکست در RPC می شود. این امر به دلیل افزایش قدرت کششی در مدول تقریبا مداوم الاستیک است که برای RPC با توجه به ماهیت شکننده آن (یکی از معایب مهم RPC) بسیار قابل توجه است. بر این اساس؛ ما می توانیم سیستم های سیمانی بهینه سازی شده را با استفاده از ذرات نانو سیمان و دیگر نانو مواد توسعه دهیم. علاوه بر نانو ذرات، نانو الیاف همچنین ساختار بتن های خاص را نیز مرتبط می کنند. زیرا با استفاده از غلظت های پایین از نانو لوله های کربنی چند جداره، رفتار باند الیاف فولادی که از UHPC خارج می شود، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین اگر این نانو الیاف را در ماتریکس کامپوزیت های مبتنی بر سیمان به طور مساوی توزیع کنیم، می توانیم به طور مناسب مقاومت فشاری و خمش نمونه ها را بهبود ببخشیم.
این برنامه ها طول عمر و عملکرد سازه های بتنی را بهبود می بخشد. بنابراین، عرضه و تقاضا از سازه های دیگر در دوره های خاص کاهش می یابد که همچنین مصرف منابع طبیعی را کاهش می دهد. این برنامه ها به طور همزمان، تولید پسماندهای ساختمانی را که به میط زیست آسیب می رسانند، به تعویق می اندازد. اما نکته قابل توجه این است که توسعه محصولات مبتنی بر سیمان با کمک نانوتکنولوژی می تواند به میزان قابل توجهی در سازگاری محیط زیست کمک کند. همانطور که در بخش دوم بحث شد، با کاهش شدت کربناته و یون ها به خصوص کلسیم، از یک طرف می توان تخریب این مواد را به تعویق انداخت و از سوی دیگر از آلودگی های محیطی (به ویژه آلودگی آب های زیرزمینی) جلوگیری کرد. در یک تحقیق اخیر، کاربرد نانو ذرات سیلیکا با میزان کم باعث بهبود ریز ساختار ترکیب سیمان و در نتیجه مقاومت در برابر اشباع نمونه ها می شود. در نتیجه این مطالعه می توانیم ورودی پایین تر یون کلسیم را در آب های زیرزمینی مشاهده کرده و به نوعی به طبیعت و بشریت نیز کمک کنیم. همچنین نانو دستگاه ها، ابزار توسعه نانو فناوری هستند. بر این اساس، با استفاده از نانو دستگاه های جدید، تحقیق دقیق تر بر روی ساختار مواد پایه سیمان می تواند برای دستیابی به درک بهتر بر خواص اساسی این مواد انجام شود. بنابراین، عملکرد مواد سیمانی مبتنی بر شیوه های دلخواه می تواند ایجاد شود.
توسعه محصولات موجود در بتن سبک
بتن سبز به عنوان یک بتن تعریف می شود که مواد زائد به عنوان حداقل یکی از اجزای آن استفاده شوند؛ یا روند تولید آن منجر به تخریب محیط زیست نمی شود. از سوی دیگر، همانطور که در بخش دوم ذکر شد، بزرگترین جایگزین برای مواد زائد در بتن، شامل مواد جامد، پوزولانی و پرکننده است. بر این اساس، و بر اساس نتایج بخش قبلی، توسعه صنعت بتن سبز م یتواند آغاز شود. این به این معنی است که استفاده از نانو ذرات با سازه های بتنی بازیافتی، قدرت و دوام را بهبود بخشید و در نتیجه مصرف این محصولات در صنعت ساخت و ساز افزایش می یابد. علاوه بر این، اگر سطح بالای مصرف سیمان (بیشترین میزان آسیب رسان تولید) بتواند کاهش یابد، ممکن است بتن پایدار به دست آید. مبتنی بر تحقیقات اخیر، استفاده از نانو ذرات سیلیکا در خاکستر لجن فاضلاب، مقدار زیادی از خاکسترهای هوا، مقدار زیادی پوزولان طبیعی، ترکیبات بازیافت شده و لاستیک های زباله، از مواد ذکر شده است. همچنین با استفاده از نانو ذرات CaCO3، خواص خمیر سیمان با سطوح بالای سرباره کوره انفجار گرانوله (GGBFS) و خاکسترهای پروازی بهبود یافته است. در این موارد، استفاده از نانو ذرات باعث افزایش قدرت و دوام بتن سبز می شود. این موضوع بتن های خاص بازیافتی مانند SCC، HPC، UHPC یا RPC تقویت شده با نانو کامپوزیت های سیمان مبتنی بر تحقیقات آینده را تولید خواهد کرد. همچنین، با استفاده از مقادیر کمتری از سیمان پرتلند معمولی، نانو ذرات و نانو سیمان می توانند برای دستیابی به سطوح خاص مقاومت، مورد استفاده قرار گیرند. از آنجا که استفاده از این مواد موجب افزایش قدرت و دوام نمونه های بتن شده که می تواند بالاتر از استحکام سختاری طراحی شده برای سازه باشد؛ بنابراین، با استفاده از این ماده، محتوای سیمان کمی برای رسیدن به همان قدرت برای سازه، مرود نیاز است. بر این اساس، محققین می توانند مقدار سیمان بتن را تا 20 درصد بدون کاهش قدرت با استفاده از مقادیر نانو ذرات سیلیکا (2 درصد جایگزین) کاهش دهند. علاوه بر این، در یک مطالعه اخیر انجام شده، نانو ذرات سیلیکا نیز به عنوان عامل توسعه دهنده برای خواص مکانیکی، دوام و میکرو ساختار کامپوزیت های مبتنی بر سیمان و ورق های سیمان تقویت شده با الیاف طبیعی بازیافت شده، استفاده می شوند. براساس یافته های مورد بحث، نانو ذرات می توانند به عنوان یک ابزار برای دستیابی به توسعه پایدار در صنعت بتن استفاده شوند. تولید و استفاده از سیمان کم انرژی موضوع دیگری است که محققان در نظر گرفته اند. در این نوع سیمان سطح بلیت (C2S) به جای سطح بالایی از آلیت (C3S) افزایش می یابد. با استفاده از مقادیر زیاد ملات، دمای کلینکر پایین و انتشار CO2 پایین تر در طی فرآیند تولید افزایش می یابد؛ این عمدتا به دلیل طراحی کم کلسیم ترکیب کلینکر است. بنابراین، این سیمان نیز در حفظ محیط زیست و حفظ انرژی کاملا مناسب هستند. به این حال، اگر نانو ذرات برای تقویت سیمان مورد استفاده قرار گیرد، آن به توسعه این نوع سیمان کمک خواهد کرد. از آنکه در آن مقاومت اولیه سیمان های بلیت بالا کمتر از سیمان معمولی است، استفاده از نانو ذرات سیلیکا می تواند طول عمر اولیه سیمان را به میزان مناسب افزایش دهد. این عمدتا به دلیل واکنش شدید پوزولانی است. علاوه بر این، استفاده از نانو آلومینا، طول عمر اولیه سیمان های بلیت را بهبود می بخشد. علاوه بر این، تعیین نوع مدرن کلینکرها که انتشار CO2 را در روند تولید سیمان کاهش می دهد، یکی از استراتژی های سبز در صنایع سیمانی است. بر این اساس، سولفوآلومینات کلینکر به عنوان یک زیرمجموعه کلینکر ب انتشار CO2 پایین شناخته می شد. علاوه بر این، با کمک نانو ساختار و فناوری نانو، اگر ما سعی می کنیم نانو لوله آهکی، نانو سیمان مبتنی بر سولفوآلومینات یا ترکیبی از این دو سیمان تولید کنیم، می توانیم به میزان قابل توجهی پیشرفت کنیم و گامی مثبت در جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از روند تولید سیمان برداریم.
توسعه محصولات بتنی جدید
یکی از مزایای استفاده از فناوری نانو، تولید محصولات با ویژگی های هوشمند است. هنگامی که نانو مواد و نانو دستگاه ها در تولید بتن استفاده می شوند، محصولات مبتنی بر سیمان با خواص هوشمند می توانند مشاهده شوند. به همین ترتیب، استفاده زا برخی نانو ذرات باعث تولید مواد هوشمند مبتنی بر سیمان شده است. با استفاده از نانو ذرات TiO2 در تشکیل مواد مبتنی بر سیمان منجر به تولید مواد خود تمیز کن می شود. این مواد با توجه به خصوصیات فتوکاتالیتی آنها، آلودگی را جذب می کنند. این ناخالصی ها هنگام شستن سطح پاک می شوند. برخی از نمونه های آلودگی که جذب می شوند عبارتند از: NOx، CO، VOCs، کلروفنول ها و آلدهیدها. علاوه بر این، مواد خود تمیز کن به عنوان یک نتیجه از نانو ذرات در ساختار آنها، قدرت و دوام پذیری قابل قبول و در نتیجه، عمر بیشتری نسبت به مواد متعارف دارند. از سوی دیگر، کاربرد نانو ذرات Fe2O3 در تولید ملات سیمان موجب کاهش مقاومت الکتریکی بتن می شد، در حالی که بارهای سازه ای بالاتر استفاده می شود؛ بنابراین، هدایت الکتریکی بتن افزایش خواهد یافت. این ویژگی، نظارت بر میزان تنش ها به کار می آید. بنابراین، محصولات مبتنی بر سیمان دارای نانو ذرات Fe2O3 دارای ویژگی خود سنجی هستند. علاوه بر این، همانطور که قبلا ذکر شد، قدرت و دوام بتن با استفاده از نانو ذرات Fe2O3 افزایش می یابد. علاوه بر این، استفاده از نانو الیاف می تواند منجر به تولید کامپوزیت های هوشمند سیمانی شود. این مواد می توانند رفتار سازه تحت تاثیر بارهای مختلف را کنترل کنند؛ بعدا می تواند به عنوان یک ابزار مهم برای بررسی نظارت بر سلامت سازه ها مرود استفاده قرار گیرند.
کاهش مصرف انرژی
از آنجایی که انرژی تقریبا به عنوان مهم ترین کالای موجود در بازارهای جهانی مورد بحث قرار می گیرد، استفاده از آن بدون توجه به اهداف اقتصادی، محیط زیست و استراتژیک، غیر قابل قبول است. بر این اساس، یک روش باید اتخاذ شود که ما را قادر سازد تا با استفاده از انرژی های پاک و جایگزینی آنها برای سوخت های فسیلی، مصرف منابع بیعی با ارزش را کاهش دهیم. البته راه های دیگری همچون بهبود عملکرد ماشین آلات کاربردی می تواند منجر به کاهش مصرف سوخت شود. برای دستیابی به این هدف، به منظور بهینه سازی مصرف سوخت، می توان از مواد نانو که باعث بهبود عملکرد ماشین آلات برای حمل اجزای بتنی و موتور کامیون ها، تریلرهای بزرگ می شود، تولید شود. از طرف دیگر، همان طور که پیش از این ذکر شده، تولید سیمان آهکی بعث کاهش مصرف انرژی در تولید سیمان خواهد شد. در حال حاضر، اگر سیمان های نانو آهکی تولید شوند یا با نانو مواد تقویت شوند، طول عمر اولیه سیمان افزایش می یابد. علاوه بر این با جایگزینی سوخت های زباله به جای سوخت های فسیلی، مصرف انرژی می تواند کاهش یابد.
امروزه استفاده از انرژی های پاک مانند انرژی خورشیدی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. از آنجایی که استفاده از سلول های نانو خورشیدی عملکرد مناسب تری نسبت به سلول های خورشیدی متعارف را نشان می دهد، می توان با بهره گیری از سلول های نانو خورشیدی، انرژی خورشیدی بیشتری را ذخیره و استفاده کرد.
مانیتورینگ محصولات بتن
امروزه، حسگرهای نانو برای نظارت بر رفتار سازه ها استفاده می شوند؛ آنها برای پیش بینی و بررسی مشکلات سازه ها استفاده می شوند. این می تواند به بهبود سریع سازه ها بدون نیاز به تعمیرات عمده یا تخریب منجر شود. همانطور که قبل ذکر شد، در یک دوره معین، تقاضای منابع و تولیدات جدید کاهش می یابد. با این حال؛ با توجه به موارد ذکر شده در بخش های قبلی، با استفاده از نانو ذرات و نانو مواد نیز می توانند بتن هوشمند تولید کنند که منجر به نظارت بر عملکرد سازه می شود. حسگرهای مبتنی بر فیبر نوری برای نظارت بر عملکرد سازه های بتنی استفاده می وشند. بر این اساس، حسگرهای مبتنی بر نانو فیبر برای نظارت بر عملکرد و توسعه توانایی سازه های بتنی به کار می روند. تحقیقات بیشتری می تواند برای ایجاد اثر بخشی این حسگرها انجام شود و ممکن است به عنوان پایه ای برای انقلابی در نظارت بر رفتار سازه ای عمل کند. از سوی دیگر، استفاده از محصولات هوشمند مبتنی بر پودرهای نانو سرامیک پیزو الکتریک (PZT) به عنوان ابزارهای نظارت، یک موضوع جالب برای تحقیقات بیشتر است. از تراشه های هوشمند PZT می توان برای نظارت آنلاین بر طول عمر بتن استفاده کرد.
کاهش آلودگی های محیطی
از آنجایی که در یک زمان خاص، پسماندهای ساخت و ساز به علت افزایش طول سازه ای، بهبود مقاومت بتن، دوام و خواص رئولوژیکی که باعث کاهش اثرات زیست محیطی بتن می شود، به مقدار کمتری تولید می شوند. موضوع مهم دیگر تولید بتن با ویژگی های فوتوکاتالیستی است. همچنین، نانو ذرات باعث بهبود خواص فتوکاتالیتی در این نوع بتن می وشند. توسعه خواص بتنی سبز موجب افزایش مصرف این مواد به دلیل علاقه بیشتر مصرف کنندگان می شود و در آینده نزدیک ساختارهای بتنی سبز در صنعت ساخت و ساز محبوب خواهند شد. توسعه محصولات بتنی سبز، مصرف زائد ساخته شده توسط بتن و سایر صنایع را افزایش می دهد. از سوی دیگر، با توسعه محصولات مبتنی بر سیمان و افزایش قدرت آنها با کمک فناوری نانو، ما قادر خواهیم بود میزان کربناسیون و اشباع را کاهش دهیم. این استراتژی، در میان دستاوردهای مختلف، می تواند به عمر طولانی تر سازه ها و جلوگیری از ایجاد آلودگی محیطی مانند آلودگی آب های زیرزمینی منجر شود. به این ترتیب، ما شرایط مناسب برای سازگاری بهتر کامپوزیت های مبتین بر سیمان با طبیعت را فراهم می کنیم. علاوه بر این، محصولات نانو فیلترراسیون اخیرا به پیشرفت قابل توجهی دست یافته اند. این فیلترهای جدید را می توان بر روی گازهای خروجی در کارخانجات سیمان نصب کرد. همچنین با تغییر ویژگی های آنها می توانند بسیاری از گازهای آلوده را جذب کرده و از وارد شدن آنها به جو جلوگیری کنند. از سوی دیگر، فیلترهای نانو می توانند فاضلا برا برای استفاده در کارخانه های بتن تصفیه کنند. به عنوان یک نتیجه، می توان آب، را در نواحی خشک زمین، ذخیره کرد. باید توجه کرد که افزایش عملکرد ماشینی، در طی چرخه زندگی محصولات بتنی، منجر به کاهش انرژی و کاهش آلودگی محیطی می شود. آلودگی هوا و آلودگی صوتی نیز جزو این آلودگی ها هستند.