- مواد نانو كمپوزيت
مواد نانو كمپوزيت بر پايه پليمر ماتريس پليمري اولين بار در سالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژي سول- ژلSol-Gel) جهت انتشار(Disperse) دادن ذرات نانو كاني درون ماتريس پليمر استفاده شده است هرچندتحقيقات انجام شده در دو دهه گذشته براي توسعه تجاري اين مواد توسط شركت تويوتا درژاپن در اواخر سالهاي 80 صورت گرفته است، ولي رشته نانو كمپوزيت پليمر هنوز درمرحله جنيني و در آغاز راه مي باشد در اين شرايط نانو آلومينا، بهترينساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميك نويد مي دهد. زيرا كاربرد اينمواد پديده اي است كه از نظر مكانيكي، الكتريكي و خواص حرارتي به طور مناسب دارايتعادل بوده و در رشته هاي مختلف كاربرد دارد. از جمله مي توان به چند نمونه اشارهكرد: تكنولوژي نانو فلز آرتونايد كه اخيراً به طور تجاري، الياف نانويي آلومينا،انقلابي در رشته سراميك بوجود آورده است. ذرات نانويي غير فلز مانند: نانو سيليكا، نانو زيركونيا و مواد ديگر اصلاح كننده سراميك ها مي باشد.
- بتن باعملكرد بالا (HPC)
يكي از چالش هايي كه در رشته مصالح ساختماني بوجودآمده است، بتن با عملكرد بالا(HPC) مي باشد. اين نوع بتن مقاوم از نوع مصالحكامپوزيت بوده و از نظر دوام جزو مصالح كامپوزيت و چند فازي مركب و پيچيده مي باشد. خواص، رفتار و عملكرد بتن بستگي به نانو ساختار ماده زمينه بتن و سيماني دارد كهچسبندگي، پيوستگي و يكپارچگي را به وجود مي آورد.
بنابراين، مطالعات بتن وخمير سيمان در مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختماني جديد و كاربرد آنها بسيار حائزاهميت مي باشد. روش معمولي براي توسعه بتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهايمختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلف الياف مي باشد. در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوام و خواص مكانيكي بهتر، بتن باعملكرد بالاي چند منظوره(MHPC) خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد، از جمله ميتوان به خاصيت الكترو مغناطيسي، و قابليت به كار گيري در سازه هاي اتمي (محافظت ازتشعشعات) و افزايش موثر بودن آن در حفظ انرژي ساختمانها و ... را نام برد.
- نانو سيليس آمورف
در صنعت بتن، سيليس يكي از معروفترين موادياست كه نقش مهمي در چسبندگي و پر كنندگي بتن با عملكرد بالا(HPC) ايفا مي كند. محصول معمولي همان سليكيافيوم يا ميكرو سيليكا مي باشد كه داراي قطري درحدود 1/0 تا 1 ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليس حدود 90% مي باشد. مي توانگفت كه ميكرو سيليكا محصولي است كه در محدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايشعملكرد كامپوزيت مواد سيماني به كار برده مي شود.
محصول نانو سيليس متشكلاز ذراتي هستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطر كمتر از 100nm يا بصورت ذراتخشك پودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي باشند، كه مايع آن معمولترين نوع محلول نانو سيليس مي باشد، اين نوع محلول در آزمايشات مشخص در بتن خودتراكم2SCC به كار گرفته شده است. نانو سيليس معلق كاربردهاي چند منظوره از خودنشان مي دهد مانند:
- خاصيت ضد سايش
- ضد لغزش
- ضد حريق
- ضد انعكاس سطوح
آزمايشات نشان داده اند كه واكنش مواد نانو سيليس(Colloidal Silica) با هيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكرو سيليكا بسيار سريع ترانجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همان تاثير پوزالاني مقدار بسيار بالايميكرو سيليكا را در سنين اوليه دارا مي باشد. تمام كارهاي انجام يافته بر رويكاربرد مواد نانو سيليس كلوئيدي(Colloidal Nano Silica) در بخش اصلاح خواصريولوژي، كار پذيري و مكانيكي خمير سيمان بوده است. آنچه كه در اينجا مطرح استنتايج اوليه محصولات نانو سيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومتر مي باشد.
هدف از مطالب ارائه شده نشان دادن مصالح جديد ساختماني و بيان مزاياياستفاده از اين نوع مواد در صنعت ساختمان مي باشد.
- کارگیری فناوری نانو درساختمان بتن
- بتن
تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکپ هایAFM ،SEM ، FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود
- نانوسیلیس ها(SiO2)
با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی ازH-C-S(کلسیم- سیلیکات - هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.
- نانولوله های کربنی(CNT)
تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهای نانولوله های کربنی در حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است.
درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.
- نانو ذرات رس(Nano-Clay)
برخی از انواع نانوذرات درچسب های ملات های binderمختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس(Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.
- نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت(Fe2O3)
درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.
- نانوذرات دی اکسید تیتانیوم(TiO2)
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد.
این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن وتجزیه آلاینده های آلی، ترکیبات آلی فرار(VOC) وغشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند.
بتن حاویTiO2 دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.
- فولاد
فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است. تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.
- حسگرها
حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت ودوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر؛ اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند؛ دما، رطوبت، غلظت کلر، PH ؛دی اکسیدکربن، تنش، خوردگی میلگردها وارتعاش طراحی شوند.
