نانو در صنعت ساختمان – نانوسیمان ماده‌ای شگفت‌انگیز
از به‌روزترین و جدیدترین علومی که بشر شناخته است علم نانوست که تقریباً در همه صنایع کاربرد دارد. نانو در صنعت ساختمان نیز کاربردهای زیادی داشته است. استفاده از این علم در مواد برپایه ی سیمان، به بهبود کیفیت آن‌ها کمک فراوانی کرده است. در این مقاله قصد داریم تأثیر این علم را در صنعت ساختمان بررسی کنیم.
نانو در مواد پایه سیمانی (CBM)
در صنعت ساخت‌وساز خمیر سیمان، ملات و بتن به دلیل سهولت در ساخت، کم‌هزینه بودن و عملکرد خوب بیشترین کاربرد را دارند. این مواد دارای نقاط ضعفی مانند مقاومت در برابر کشش و حساسیت به ترک‌خوردگی بتن (اگر تنش کششی بیش از مقاومت کششی باشد) هستند. بنابراین، احتمال خرابی ناگهانی (به دلیل ماهیت شکننده آن‌ها) که هزینه‌های بالایی برای ترمیم نیز دارند، وجود دارد. اخیراً، استفاده از نانو مواد برای بهبود خواص مکانیکی و عملکرد دوام CBM ها موردتوجه بسیاری قرارگرفته است. در حالت کلی سیمان را به‌عنوان ماده‌ای چسبنده برای چسباندن مصالح در نظر می‌گیرند.
نقش مواد نانو در بهبود ضعف‌های فیزیکی
عملاً پایداری و دوام مواد پایه سیمانی در برابر بارگذاری خارجی، اثرات زیست‌محیطی، نوسانات رطوبت و دما و چرخه‌های ذوب و انجماد می‌تواند آسیب‌پذیر شود. بنابراین، ایجاد اصلاحاتی در فناوری بتن کنونی برای ساختن بتن به یک محصول بادوام و پایدارتر ضروری است. نانو مواد با اندازه فوق‌العاده ریز خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فردی را نشان می‌دهند. وجود آن‌ها در CBM ها می‌تواند باعث ایجاد ویژگی هایی متفاوت از ترکیبات سیمان معمولی می گردد. در حقیقت، از نانو مواد می‌توان در CBM ها برای افزایش قابل‌توجه مقاومت در برابر شروع ترک استفاده کرد. هم چنین آن ها می توانند از انتشار ترک نیز جلوگیری کنند. ترک، ناشی از آسیب‌های CBM ها، مانند جمع شدگی، آسیب انجماد- ذوب و سایش است.
- جمع شدگی: مقابله با جمع شدگی در بتن، تنش کششی ایجاد می‌کند. چنانچه این تنش کششی بیش از مقاومت موضعی باشد ایجاد ترک می‌کند. با افزودن نانو ذرات TiO2، CaCo3، نانو سیلیس و نانو الیاف کربنی می‌توان این جمع شدگی را کاهش داد.
- آسیب انجماد-ذوب: خسارت ناشی از چرخه انجماد-ذوب یکی از مهم‌ترین مسیرهای تخریب بتن در آب‌وهوای سرد است. چندین تئوری اصلی وجود دارد که به‌طور گسترده‌ای برای توضیح آسیب انجماد و ذوب کامپوزیت‌های سیمان پذیرفته‌شده است. ازجمله تئوری فشار هیدرولیک، تئوری فشار تبلور و تئوری فشار اسمزی. به‌طورکلی، آسیب ناشی از یخ‌زدگی CBM ها از فشار ناشی از افزایش حجم مربوط به چرخش آب از فاز مایع به فاز جامد و مهاجرت آب در منافذ مویرگی ناشی میشود. با افزودن نانو مواد ازجمله نانو سیلیس، نانوآلومینا، خاک رس نانوکائولینیتی و… مقاومت بهتری در برابر آسیب انجماد-ذوب (به‌عنوان‌مثال ، آسیب یخ‌زدگی) مشاهده میشود، که مربوط به ریزساختار متراکم‌تر آن‌ها است.
- سایش/فرسایش: مقاومت در برابر سایش یکی از موارد مهم در بتن است. به‌ویژه هنگامی‌که بتن در برخی از کاربردهای خاص مانند سطح روسازی، سازه سد یا پایه پل در معرض نیروهای ساینده قرار گیرد. سایش بتن معمولاً در اثر خراشیدن، مالش، لغزش یا کشیدن اشیا روی سطح بتن ایجاد میشود. مواد مختلفی ازجمله نانو ذرات سیلیکا یا تیتانیا برای افزایش مقاومت در برابر سایش در بتن مورد بررسی قرارگرفته‌اند.
نقش مواد نانو در صنعت ساختمان برای بهبود ضعف‌های شیمیایی
هنگامی‌که بتن در معرض شرایط محیطی قرار می‌گیرد، می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی تحت تأثیر تخریب شیمیایی در طول عمر خود قرار گیرد.
- واکنش‌های قلیایی: واکنش‌های قلیایی سنگدانه ها هنگامی اتفاق می‌افتد که فازهای فعال در سنگدانه وجود داشته باشد و قلیائیت در محلول منافذ از حد آستانه فراتر رود. با افزودن نانو ذرات سیلیکا این واکنش‌ها به‌شدت کاهش می یابد. در نتیجه بتن دچار تخریب نمی‌شوند.
- حمله‌ی سولفات: حمله سولفات به‌طور چشمگیری دوام سازه‌های بتنی را تضعیف می کند. به‌طورکلی، در نتیجه حمله سولفات ترکیبات مختلفی ایجاد میشود. بنابراین، گروهی از واکنش‌های شیمیایی که بین یون‌های سولفات تهاجمی و هیدرات‌های موجود در خمیر سیمان است، رخ می‌دهد. نانو سیلیس می‌تواند مقاومت بتن در برابر حمله سولفات را بهبود بخشد. اینکار با استفاده از اثر متراکم سازی آن در ریزساختار، که باعث کند شدن نفوذ یون‌های سولفات و آب در بتن می‌گردد، انجام می گیرد.
- حمله‌ی اسیدی: بتن در محیط‌های اسیدی به دلیل حمله‌های شیمیایی از بین می‌رود. آب‌های زیرزمینی، پساب صنعتی و باران‌های اسیدی آسیب‌های جدی به سازه‌های بتنی وارد می‌کند. نانو مواد، مانند رس نانوکائولینیت کلسینه شده، مقاومت ملات سیمان در برابر محلول را افزایش می‌دهد.
- تخریب حرارتی: برای بتن سازه‌ای ، خاصیت غیرقابل اشتعال و مقاومت در برابر دمای بالای CBM ها می‌تواند از میلگرد تقویت‌شده محافظت کند. قرار گرفتن در معرض دمای بالا تأثیر مخربی بر خصوصیات CBM ها تحمیل می‌کند. ثابت‌شده است که نانو موادی مانند نانو سیلیس، نانوآلومینا، نانو رس، CNT ، و نانو ورق گرافن سولفونات (GSNS) دارای پتانسیل جلوگیری از تخریب گرمایی CBM ها هستند.
در پایان
در این مطلب اطلاعات مختصری در ارتباط با تأثیر نانو مواد بر مواد پایه سیمانی داده شد. امید است این مقاله به شما کمک کرده باشد تا اندکی با علم نانو در صنعت ساختمان آشنا شده باشید.
در سایت و اپلیکیشن تموک به‌روزترین محصولات نانو در صنعت ساختمان را پیدا کنید و یا اگر محصولی در این زمینه دارید ارائه دهید. خرید و فروش فقط در تموک!
