كاربردهای فناوری نانو در صنعت فولاد

گزارش حاضر، به بررسی پژوهش‌های انجام شده و پتنت‌های ثبت شده در مورد كاربرد فناروی‌نانو در فولاد و محصولاتی كه بر پایه این پژوهش‌ها تولید شده است، می‌پردازد. این گزارش در چارچوب گزارش‌های ستاد ویژه توسعه فناوری‌نانو، در مورد كاربرد فناوری‌نانو در حوزه‌های مهم صنعتی كشور تهیه شده است. فصل اول این گزارش شرحی جامع و مختصر از صنعت فولاد و محصولات آن است. در این فصل، برای مقدمه ابتدا تعریف و دسته‌بندی انواع فولاد و موارد مصرف آن ارایه شده است؛ در ادامه با بیان ابعاد اقتصادی و حجم تولید و مصرف فولاد، اهمیت صنعت فولاد تبیین شده است. در ادامه خلاصه‌ای از برنامه‌ریزی‌های انجام شده برای توسعه صنعت فولاد كشور ارایه شده است. شرح مختصری در مورد مواد اولیه مصرفی در صنعت فولاد و روش‌های تولید فولاد،‌ بخش پایانی این فصل است،‌ كه برای آشنایی هر چه بیشتر با صنعت فولاد ارایه شده است. در فصل دوم این گزارش توضیح مختصری در مورد فناوری‌نانو ارایه می‌گردد. در این فصل ابتدا بحثی علمی و تاریخی پیرامون چیستی فناوری‌نانو ارایه می‌گردد. در ادامه، دسته‌بندی كاربردهای این فناوری ارایه می‌شود. به علاوه مطالبی كلی نیز در مورد بعضی محصولات بنیادی فناوری‌نانو (نانولوله، فولرین و نانوذرات) عنوان می‌گردد. این فصل با ارایه سیاست‌گذاری‌ها و سرمایه‌گذاری‌های انجام شده برای توسعه فناوری‌نانو پایان می‌یابد. فصل سوم گزارش، نشان دهنده تلاش‌های انجام شده برای بكارگیری فناوری‌نانو در ارائه خواص جدید یا بهبود خواص محصولات فولادی است. در این فصل محصولات تولیدشده و عرضه شده فولادی با بكارگیری فناوری‌نانو،‌ پژوهش‌هایی كه محققان در سراسر دنیا در موضوع ذكر شده انجام داده‌اند و نیز پتنت‌های ثبت شده در مورد این موضوع آورده شده‌اند.

متن این گزارش به صورت  كاربردهای فناوری نانو در صنعت فولادpdf قابل دریافت می باشد

به نقل از: persiancivilica.mihanblog.com 

 افزودنی تبدیل گچ به سیمان 

استفاده از فناوری نانو جهت بهبود عملکرد ترمیم بتن

استفاده از فناوری نانو جهت بهبود عملکرد ترمیم بتن

 

فناوری نانو می‌تواند به مقاوم‌سازی بتن‌ها كمك كند و همچنین روكش‌های ضد خوردگی فولاد با استفاده از این فناوری تولید می‌شود.
یكی از روش‌های محافظت از بتن‌های در معرض شرایط محیطی خورنده، مانند محیط‌های دریایی، استفاده از روكش هایی است كه نفوذ عوامل مخرب خارجی را به درون بتن سد می‌كنند.
این روكش‌ها عموملا خاصیت آب‌گریزی دارند و از این رو كار كردشان كمی با روكش‌های سنتی موجود متفاوت است.
همچنین می‌توان از این روكش‌ها جهت پوشش‌دهی سطح لوله‌های بتنی به كار رفته در فاضلاب (كه در معرض محیط‌های خورنده بیولوژیكی هستند) و یا شمع‌های بتنی و بسیاری موارد دیگر استفاده كرد.
شركت آلمانی Basf محصولی با نام تجاری Emaco nanocrete تولید كرده است كه با اضافه شدن به ملات تعمیرات، بتن را ترمیم می‌كند. استفاده از این مواد علاوه بر افزایش استحكام بند‌كشی، تراكم و نفوذ‌پذیری را بهبود می‌دهد و با كاهش زمان، كاهش هزینه‌ها را نیز در بر دارد.
پوشش‌های نانو كامپوزیتی مهندسی تولید شده با استفاده از نانو ذرات سرامیكی كه توسط شركت آلمانی Inocermic Gmbh به بازار عرضه شده است نیز پوشش‌های مقاومی برای بتن ایجاد می‌كند.
این پوشش خلل و فرج سطح بتن را پر كرده و براق می‌كند و علاوه بر این در برابر شرایط بد آب و هوایی، حلال‌ها، پاك‌كننده‌های صنعتی و خوردگی مقاوم است.

روكش‌های ضد خوردگی فولاد

یكی از معضلات اصلی در رابطه با به كارگیری قطعات از جنس فولاد ضد زنگ، مسأله خوردگی است. این مقوله به خصوص در محیط‌های ساحلی و رطوبت خیز، اغلب باعث ایجاد تغییر رنگ قطعه به قهوه‌ای یا جلبكی می‌شود؛ چرا كه در شرایط مرطوب و ساحلی، آلودگی نمك در ساحل باعث خوردگی لایه آخر فولاد شده و لایه‌های بعدی به رشد لكه‌های جلبكی كمك می‌كنند.

البته ممكن است كه این زنگ‌زدگی ساحلی در كوتاه مدت روی ساختار یا طول عمر این مواد تأثیر‌گذار نباشد، اما حداقل روی زیبایی بصری طراحی سازه‌ای ساحلی مؤثر است.

تركیبات نانویی توانسته‌اند با ایجاد خواص ضد خوردگی و دافع رطوبت، این معضل را حل كرده و هزینه‌های تعمیر و نگهداری این سازه‌ها را كه به علت خوردگی و زنگ‌زدگی تحمیل می‌شوند، را كم كنند.

شركت Nanovations استرالیا پوشش‌هایی با نام Nh۲۰۱۵ در بازار عرضه كرده است كه بدون مواد نفتی است و ضمن از بین بردن همه لكه‌ها و خوردگی‌هاف سطح را بسیار صیقلی كرده و از خوردگی و ایجاد لكه‌ها تا چندین سال حفظ می‌كند.

فناوری Liquid nanotechnology پوششی است كه توسط شركت Ecology Coating در آمریكا توسعه داده شده است و سطوح فلزی را در برابر اشعه UV مقاوم می‌كند كه و در نتیجه لایه رویی فلز خورده نمی‌شود.

شركت Henkel آلمان توانسته است مواد نانوسرامیكی را جهت پوشش دهی فلزات به خدمت بگیرد.

این مواد كه با نام تجاری Bonderite nt به بازار عرضه شده‌اند كه در دمای اتاق و به راحتی و بدون زیر‌سازی روی فلزاتی از جمله فولاد، روی و آلمینیوم می‌توان به كار برد. استفاده از این پوشش باعث افزایش فوق‌العاده مقاومت در برابر خوردگی می‌شود.

● عایق حرارتی نانویی به صورت رنگ

پوشش‌های با بهره‌گیری از فناوری نانو، انقلابی در صنعت عایق كاری و محافظت از خوردگی در سطح جهانی پدید آمده وب ا خواص منحصر به فرد خود، از اتلاف انرژی و منابع ملی جلوگیری می‌كند و با هزینه مناسب می‌تواند جایگزین عایق‌های سرد و گرم موجود و پوشش‌های ضد خوردگی فعلی باشد.

عایق حرارتی نانو ماده جدیدی از فناوری نانو است كه محافظ و عایق حرارتی مناسبی در مقابل هر ۳ نوع انتقال گرما شامل تشعش، جابجایی و همرفتی است.

خصوصیت ویژه این محصول، مایع بودن آن است كه امكان استفاده از آن را بر روی سطوح فلزی و غیرفلزی توسط پیستوله، برس و رول‌های نقاشی فراهم می‌كند و با صرف هزینه نسبتاً كمی، می‌توان حتی از آن در ساختمان‌های در دست بهره‌برداری نیز استفاده نمود و هیچ گونه تغییر ظاهری نیز در تركیب ساختمان ایجاد نمی‌كند.

شركت آمریكایی Industrial nanotech این امكان را فراهم كرده است كه با رنگ كردن، عایق كاری صورت گیرد.

این شركت محصولی را با نام تجاری Nannsulate تولید كرده كه برای عایق كاری تأسیسات، لوله‌ها و مخازن به كار می‌رود و همچنین محصولات مشابهی برای مصارف خانگی به بازار عرضه كرده كه با استقبال باورنكردنی مواجه شده است.

این رنگ به روش‌های بسیار ساده اسپری، رول‌ یا قلم‌مو اعمال می‌شود و از ورود و خروج گرما و سرما از مكانی به مكان دیگر جلوگیری می‌كند.

شركت آمریكایی Inframat corporation یك روكش سرامیكی متخلخل عایق حرارتی به صورت اسپری حرارتی از جنس زیركونیوم پایدار شده با ایتریوم را برای موتورهای توربین گازی صنعتی و هواپیماها تولید می‌كند تا قطعات فلزی داغ را از گاز داغ جدا كند.

شركت آمریكایی Mascoat products از سرامیك‌های در ابعاد میكرو برای تولید عایق‌های حرارتی و ضد خوردگی كه اسپری می‌شوند، استفاده می‌كند.

● سیمان و بتن بهبود یافته با استفاده از فناوری نانو

امروزه سیمان با توجه به كاربردهای مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمی در زندگی بشر ایفا می‌كند. از سوی دیگر مسأله زمان نیز از موضوعات اقتصادی حائز اهمیت برای صاحبان صنایع به شمار می‌آید و كاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت.

با توجه به رشد سریع تحقیقات علمی و عملی علوم و فنون نانو در تمامی علوم و صنایع، باید اذعان داشت كه توجه كمی به كاربردهای این پدیده در استفاده از سیمان و تركیبات آن شده است.

ولی اخیراً توجه به استفاده از تقویت كننده‌ها و استحكام دهنده‌های مدرن در مصالح ساختمانی، موج جدید علم نانو نیز با شتاب فزاینده‌ای صنایع مرتبط با سیمان را در بر گرفته است.

روش‌ها و مواد مختلفی با استفاده از علم نانو برای رفع مشكلات موجود در زمینه سیمان و بتن پیشنهاد و به كار گرفته شده‌اند.

از جمله استفاده از نانو سیلیس كه متشكل از ذراتی است كه دارای شكل گلوله‌ای بوده و با قطر كمتر از ۱۰۰ نانومتر یا به صورت ذرات خشك پودر یا به صورت معلق در مایع محلول، قابل انتشار است.

البته مایع آن معمول‌ترین نوع محلول نانوسیلیس است و البته نانوسیلیس معلق خواص چند منظوره از خود نشان می‌دهد مانند سرعت بندش بسیار بالا، خاصیت ضد سایش، ضد لغزش، ضد حریق و ضد انعكاس سطوح كه در نتیجه از این روش در ساخت تونل، آب‌بندی، معدن‌كاری و تثبیت شیب‌ها استفاده می‌شود.

روش دیگر استفاده از نانو لوله‌های كربنی است. آنها به عنوان یك نسل جدید از نانو كامپوزیت‌های چند منظوره می‌توانند در نقش الیاف مسلح كننده مناسب مواد، مورد استفاده قرار گیرند.

به طور كلی استفاد از نانو ذرات از جمله نانو لوله‌ها در بتن، هر چند كه در واكنش‌های هیدراتاسیون شركت نكنند. به طور كلی استفاد از نانون ذرات از جمله نانولوله‌ها در بتن، هر چند كه در واكنش‌های هیدراتاسیون شركت نكنند، به دلیل نقشی كه به لحاظ فیزیكی در پر نمودن حفره‌های بسیار كوچك خمیر سیمان دارند، می‌توانند تأثیر مناسبی در بهبود زیر ساختار و در نتیجه خواص مقاومتی و دوامی بتن داشته باشند.

بنابراین نانو لوله‌های كربنی از اجزای كلیدی به دست آوردن هدف اصلی ذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختمانی با عملكرد بالای چند منظوره را بازی می‌كنند.

در روش دیگر استفاده از ذرات سیمان در ابعاد نانو است، چرا كه كاهش اندازه ذرات سیمان تا ابعاد نانو مقیاس، موجب تسریع در سفت شدن آن می‌شود و لذا واكنش‌پذیری اولیه آن ۱۰ برابر بیش از سیمان‌هایی است كه به روش‌های معمولی تهیه شده‌اند؛ البته این سیمان بسیار متخلخل بوده و پایداری‌اش نسبت به سیمان‌های معمولی كمتر است و هنوز برای كارهای ساختمانی مدرن كه مستلزم تحمل بار زیاد است، مناسب نیست.

لذا از این نانو سیمان در نوسازی یا عایق‌كاری كاربردهایی كه نیاز چندانی به استحكام در برابر فشردگی ندارند و تركیب آنها با مواد معمولی به بهبود سخت‌شدگی آنها كمك می‌كند، استفاده می‌شود، همچنین این سیمان در كاربردهای هزینه بر كوچك مقایس به ویژه اتصالات ساختمانی یا به صورت تركیبی با فرمول‌ها موجود كه به تسریع كار آنها كمك می‌كند. نیز كاربرد دارد.

در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملكرد با دوام و خواص مكانیكی بهتر، می‌توان به بتن با عملكرد بالای چند منظوره ( Mhpc) خواص دیگری را اضافه نمود، از جمله می‌توان خاصیت الكترومغناطیسی، و قابلیت به كارگیری در سازه‌های اتمی ( محافظت از تشعشعات) و افزایش مؤثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان را نام برد.

شركت سوئدی Nano Product Corp از نانو ذرات سیلیكات كلسیم در سیمان استفاده كرده است و سیمان حاصل قابلیت كاربردی در دماهای بالا را دارد كه در چاه‌های عمیق نفتی و چاه های ژئوترمال به كار برده می‌شود.

شركت Industrial Specialties محصول نانو افزودنی Cembinder را تولید می‌كند كه از سیلیكای آمورف در ساختن آن استفاده شده و به واسطه دانه ریز بودن ذرات تشكیل دهنده‌اش، خواص ویژه‌ای از لحاظ پایداری، كیفیت و قابلیت استفاده شده، به سیمان چاه‌ها می‌دهد.

همچنین دوغاب سیمان حاصل، كاملا پایدار می‌شود و آب اضافی حذف می‌گردد.

ضمنا با توج به داشتن وزن مخصوص مناسب Cembinder در دوغاب‌های سبك، بسیار عالی عمل می‌كند.

در حفاری آب‌های عمیق و بسیار عمیق نیز كه دمای سطح زمین پائین است، Cembinder خواص مطلوبی از جمله تراكم پذیری اولیه و زمان‌بندش مناسب به سیمان می‌دهد و لذا با توجه به اینكه زمان بندش سیمان حاصل كاهش می‌یابد WOC كمتر شده و حفاری بیشتری ادامه می‌كند.

افزودنی تبدیل گچ به سیمان

کاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

 کاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

 

مواد نانو به موادی گفته می شود که حداقل یکی از ابعاد آن ( طول، عرض، ضخامت) زیر nm 100باشد.  مواد نانو ساختار با توجه به رفتارهای بارزی که از خود نشان داده اند مورد توجه بخش صنعت و دانشگاه در دهه های اخیر قرار گرفته اند.  در این میان صنعت ساختمان با توجه به نیازهای خود چه از نظر استحکام، مقاومت و دوام و نیز کارایی بالا از استفاده کنندگان مهم مواد نانو ساختار به شمار می رود.

   1.  مقدمه:

یک نانو متر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است.  به طور کلی در یک تقسیم بندی  عمومی، محصولات نانو مواد را می توان به صورت های زیر بیان کرد:

فیلمهای نانو لایه: برای کاربرد عمدتاً الکترونیکی.

نانو پوششهای حفاظتی: برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در برابر عوامل مخرب محیطی.

نانوذرات به عنوان پیش سازنده یا اصلاح ساز: پدیده های شیمیایی و فیزیکی نانو لوله ها منظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح تر یک بدنه نانو ساختار، جامدی است که در آن انتظام  اتمی، اندازه کریستالهای تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (درشکل و فرمهای متعددی که وجود دارند از جمله ذرات،الیاف، گلوله و... )در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند.  تغییرات اصولی  که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد.

هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد.  که آنه را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود.  منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارایه نمایند.  

در مطالب بعدی که خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نو ظهوربودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند.

    2. مواد نانو کامپوزیت:

مواد نانوکامپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اند که از تکنولوﮊی سول_ﮊل جهت انتشار دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.

هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ﮊاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است.  ولی رشته نانو کامپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد.

 در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد.  زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد.  از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوﮊی نانوفلز آرتوناید که اخیراً به طور تجاری، الیاف نانویی آلومینا، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است.  ذرات نانویی غیرفلز مانند: نانو سیلیکا، نانو زیرکا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشند.

3. بتن با عملکرد بالا  1) (HPC

یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است.  بتن با عملکرد بالا می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده  می باشد. خواص و رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.  

بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها حایز اهمیت می باشد. روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلف از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد در مورد بتن به طور خاص.  علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می باشد.  از جمله می توان به خاصیت الکترومغناطیسی و قابلیت به کارگیری در سازه های اتمی (محافظت ازتشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرﮊی ساختمانها و...  نام برد.               

 4. نانو سیلیس آمورف:

در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروف ترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.

محصول معمولی همان سیلیکافیوم یا میکروسیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود 1/0 تا 1 میلی متر می باشد و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می باشد.

می توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانومتر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می شود.

محصولات نانوسیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از 100 نانومتر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند که مایع آن معمول ترین نوع سیلیس می باشد.

این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم به کار گرفته شده است.  نانو سیلیس معلق کاربردهای جند منظوره از خود نشان می دهد مانند:

  .  خاصیت ضد سایش

  . ضد لغذش

  . ضد حریق

  . ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانوسیلیس با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تأثیر پوزولانی مقدار بسیار  بالای میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد.

تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوییدی در بخش اصلاح خواص ریولوﮊی، کارپذیری و خمیر سیمان بوده است.  آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانو متر می باشد.  

 5. نانو لوله ها:

همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد، معمولاً الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شوند.  امروزه از الیاف فلزی، شیشه ای، پلی پرولین، کربن و...  در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانولوله کربنی انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد.  نانو لوله کربنی توسط LDJMA درسال1991 کشف شده استو کارهای بسیاری بر روی ساختار نانودر بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوﮊی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند.  کربن60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک میکند بطوریکه می توانند کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهد شد که در کامپوزیت ها به کار برده خواهد شد.

نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACIشاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند.  

بطوریکه هادی بودن حرارت آن ها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آن ها در حدود 1000برابر فلز مس می باشد.

نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلاب جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته بوجود آورده اند.

یک نسل جدید از نانوکامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانولوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند.  بنابر این نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به نقش مصالح  ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره، بازی می کنند.

افزودنی تبدیل گچ به سیمان

تأثير فناوري نانو بر آسفالت

تأثير فناوري نانو بر آسفالت

 

در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد. بنابراين صنعت آسفالت-قير به يک تحول نياز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوري نانو را ديده و مزاياي آن را درک نمايند.

مقدمه

در سال 1870 يک شيميدان بلژيکي با نام دسمت(Desmedt) اولين سنگفرش آسفالت واقعي را، که مخلوطي از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نيويورک ايجاد نمود. طراحي دسمدت در بزرگراهي در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداري قرار گرفت. سپس دسمدت خيابان پنسيلوانيا در واشينگتن را آسفالت کرد که سطح اين پرژه 45149 متر مربع بود.يکي از نمايندگان محلي کنگره به دسمدت گفت: ”اين کار هرگز عموميت نخواهد يافت.“ با اين حال، بر اساس تقاضاي رو به‌رشد بازار، پيش‌بيني مي‌‌شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قير معدني به 107 ميليون تن برسد. در اين ميان آسفالت معلق بيشترين رشد را دارد. همچنين به عنوان نشانه‌اي از رشد اين محصولات در آينده، چندي است كه کار بر روي آسفالتي که در موقع خرابي خودش را تعمير کند، آغاز شده است. به کارگيري فناوري نانو در ساخت زيربناهاي مربوط به حمل ونقل، تقريباً معادل با تلاش بشر براي فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است. در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد

دکتر ليوينگستون، فيزيکدان برنامه تحقيقات زيربنايي پيشرفته در اداره کل بزرگراه‌هاي فدرال (FHWA)، مي‌گويد: ”آسفالت و سيمان هر دو جزء نانومواد مي‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ايم بفهميم که در اين سطح چه اتفاقي مي‌افتد، اما اين اثرات بر عملکرد مواد تاثير مي‌گذارند.“
بنا بر گفته ليوينگستون، يک ماده پليمري ساختاري که مي‌تواند به طور خود به خودي ترک‌ها را اصلاح نمايد، قبلاً توليد شده است. اين پيشرفت قابل ملاحظه با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي کاتاليستي درون يک بستر اپوکسي ايجاد شده است.
يک ترک در حال ايجاد موجب گسستن ميکروکپسول‌هاي موجود شده، در نتيجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصيت مويينگي درون ترک رها مي‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتاليزور موجود، اين عامل شروع به پليمريزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم مي‌چسباند.
اين روش مي‌تواند منجر به توليد آسفالتي شود که ترک‌هاي خود را اصلاح مي‌کند. ليوينگستون مي‌گويد: ”هيچ‌کس نمي‌تواند براي رشد اين فناوري زماني را پيش‌بيني کند، اما پيشرفت واقعي در حال انجام است و قابليت‌هاي موجود بسيار هيجان‌آور مي‌باشند.“
با اين حال، براي استفاده‌کنندگان فعلي آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، يا نبود تأخير به خاطر تعميرات آسفالت، بسيار دور از دسترس بوده و نگراني‌هاي جدي آنها را برطرف نمي‌سازد.
محيط زيست عامل اصلي تأثيرگذار در فرايند تصميم‌گيري براي پروژه‌هاي بزرگراه در بسياري از کشورها است. مزاياي يک آسفالت متفاوت براي جاده‌ها از ديدگاه زيست‌محيطي و مصرف انرژي، تنها يک بخش
مهم از فرآيند تصميم‌گيري است. ديدگاه‌هاي زيست‌محيطي موجب تسريع پيشرفت‌هاي فني و اجتماعي مي‌شوند. نيازهاي چندگانه حفاظت از محيط زيست شامل: محدود نمودن انتشار گازهاي گلخانه‌اي، مصرف کمتر انرژي، کاهش سر و صداي ترافيک و اطمينان از سلامتي و راحتي در رانندگي، اهدافي هستند که به دليل ايجاد مسئوليت مشترک، مهم‌تر از تمام پيشرفت‌هاي علمي مي‌باشند.
يکي از اين اهداف بستن چرخه مواد يا استفاده صد در صدي از مواد قابل بازيافت در ساخت جاده است. صنعت در اين زمينه تجربه زيادي در مورد استفاده از محصولات فرعي در آسفالت به دست آورده است.

مثال‌هايي از مواد زايدي که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شيشه‌دمي، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌هاي شهري، خاکستر موجود در مراکز توليد برق به وسيله زغال، آجر‌هاي خرد شده، پلاستيک حاصل از سيم‌هاي برق قديمي و لاستيک حاصل از تايرهاي کهنه.
با اين حال، استفاده موفقيت‌آميز از اين محصولات وابسته به تحقيقات کامل در زمينه منابع و ويژگي‌هاي آنها بوده و معمولاً در سطح پاييني قابل انجام است. در اين حالت امکان بررسي پيوسته عملکرد آسفالت نيز وجود دارد که خود موضوعي مورد بحث است.
با اين حال، مطابق گفته‌هاي مارك بلشه، مدير آسفالت لاستيک در پروژه آسفالت‌سازي آرام آريزونا، حمايت عمومي - نه تحقيقات علمي- کليد توسعه صنعت توليد آسفالت با استفاده از محصولات فرعي است.
پرژه آريزونا ارزشي معادل 34 ميليون دلار داشته و در همين سال به پايان خواهد رسيد. اين پروژه تقريباً 70 درصد (185 کيلومتر)آزادراه ناحيه فونيكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولاني صداي ناشي از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.
آسفالتِ داراي لاستيک تنها درصد بسيار کم و تقريباً بي‌اهميتي از درآمد صنعت ساختماني را به خود اختصاص مي‌دهد، اما بلشه مي‌گويد که با افزايش رغبت عمومي اين درصد افزايش خواهد يافت.
به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقيقات آسفالت لاستيک (JARRG)، که شامل مجموعه‌اي از توليد‌کنندگان تاير و شرکت‌هاي آسفالت‌سازي مي‌باشد، يک اتصال‌دهنده آسفالت بسيار ويسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تايرهاي کهنه‌اي که به صورت بسيار ريز ساييده شده‌اند، توليد مي‌شود. اين اتصال دهنده
در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته مي‌شود.اين ماده مي‌تواند به عنوان يک ماده الاستيک مابين مواد متراکم ديگر عمل نموده و از اين طريق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومي به اين محصول بسيار خوب است.
بلشه مي‌گويد: ”افرادي که در صنعت آسفالت لاستيک درگير بوده‌اند، همواره سعي کرده‌اند که آن را به دليل ويژگي‌هاي مهندسي بسيار عالي‌اش به فروش برسانند. امّا بيش از هر چيز اين محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت اين قضيه، استقبال عمومي قرار دارد.“
وزارت حمل و نقل آريزونا (ADOT) سه سال پيش يک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استيشن در ناحيه آريزونا به کار برد. بلشه مي‌گويد كه به محض اتمام آسفالت اين بزرگراه، ADOT و مسئولين محلي سيل عظيمي از تلفن‌ها و ايميل‌ها را دريافت نمودند که از اشتياق مردم نسبت به اين جاده کم‌صداتر حکايت داشت.
البته همه چيز آسفالت لاستيک کامل نيست. اين مخلوط باعث ايجاد بخار و بو در فرآيند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازيافت بودن آن بحث وجود دارد. اين آسفالت نسبت به آسفالت‌هاي معمول بسيار گران‌تر بوده و آسفالت‌کاراني که تا به حال با اين ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که بايد در يک بازه دمايي معين انجام شود، دچار مشکل باشند.
ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومي درست باشد، اما روي ديگر سکه اين است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عين حال داراي اثرات زيست‌محيطي کمتر، افزايش يافته است. اين امر باعث تمرکز بيشتر تحقيقات بر روي مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.
افزايش عمومي در ميزان حمل و نقل، بار بيشتر بر روي محور، و فشار بيشتر تاير بر روي جاده، تقاضا براي آسفالت‌هاي قوي‌تر وبادوام‌تر را افزايش مي‌دهد. حمل و نقل بيشتر به اين مفهوم نيز مي‌باشد که ايجاد مشکل در حمل و نقل براي تعميرات جاده‌اي مطلوب نيست و اين امر موجب ايجاد تقاضاي بيشتر براي تحقيق و توسعه مؤثر مي‌گردد.

علی عباسی

نقل قول از :moein-omran.blogfa

افزودنی تبدیل گچ به سیمان

کاربرد نانو در بتن

کاربرد نانو در بتن

کاربردهای فناوری نانودر صنعت بتن

  پیشرفت های اخیر در زمینه مواد و فرآیندها، همچنین دست کاری آنها در مقیاس نانو چشم اندازی از تولید مواد در اندازه ماکرو و محصولات جدید را پیش روی ما قرار داده است و فناوری نانو تاکنون به حوزه برخی مواد ساختمانی و معدنی  از جمله بتن،فولاد و... وارد شده است و به همین دلیل صنایع بتنی و فولادی به نوبه خود یکی ازذینفعان فناوری نانو به شمار می رود.

برای نمونه از برخی دستاوردهایی که تا کنون کسب شده اند، می توان به بتن تقویت شده با استفاده از فناوری نانو که قوی تر و بادوام تر از بتن های معمولی بوده و آسان تر هم جایگذاری می شود اشاره نمود. پیش بینی محققان حاکی از این است که در خلال پنج سال آینده پیشرفت های بسیاری در این زمینه پدیدار خواهد شد و فناوری نانو، دستیابی به پیشرفت های فوق العاده ای را فراسوی فناوری معمولی،امکان پذیر خواهد نمود.

  فناوری نانو و بتن

در سطح علوم پایه به منظور درک ساختمان بتن، تجزیه و تحلیل های بسیاری در مقیاس نانو در حال انجام است که برای این منظور از فناوری هائی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی پیمایشی((SEM و پرتو یونی متمرکز ((FIB، که برای مطالعه در مقیاس نانو توسعه یافته اند، استفاده می شود.

  یکی از جنبه های اساسی فناوری نانو طبیعت میان رشته ای آن است که به عنوان نمونه در یک تعامل تحقیقاتی میان شاخه های مهندسی پزشکی و ساخت و ساز، از مدل سازی مکانیکی استخوان به منظور مطالعه نحوه نفوذ و انتشار کلر در بتن (که عامل هواخوردگی میلگردها است) استفاده شده است.

  مروری بر جنبه های فنی کاربرد نانومواد در بتن:

 افزودن نانو ذرات هماتیت (Fe2o3) به بتن علاوه بر افزایش استحکام بتن، پایش سطوح تنش را نیز امکان پذیر می سازد.

 نانو لوله های چند جداره موجب افزایش مقاومت فشاری ( 25 + نیوتن بر متر مربع) و مقاومت خمشی ( 8+ نیوتن بر متر مربع ) بتن می شوند.

   به منظور افزایش استحکام بتن، می توان از باکتری ها استفاده نمود، به طوری که افزودن میکرو ارگانیزم های بی هوازی به مخلوط آب و بتن، موجب افزایش 25 در صدی مقاومت 28 روزه بتن می شوند، همچنین رسوب دهی ملات سیمان ماسه ای منجر به رشد ماده پر کننده (فیلر) در داخل خلل و فرج سیمان(نوعی از بتن خود تعمیر کن self repairing) می شود.

   استفاده از نانو ذرات در مواد چسباننده مختلف موجب بهبود ویژگی های مربوط به خرابی بتن می شود.

  هم اکنون سیلیس((Sio2 جزئی از بتن معمولی است. یکی از نتایج مطالعه بتن در مقیاس نانو این است که با استفاده از نانو ذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات در بتن را افزایش داد که این به افزایش چگالی میکرو و نانو ساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه بهبود ویژگی های مکانیکی آن می انجامد.

افزودن نانو ذرات سیلیس به مواد مبتنی بر سیمان هم موجب کنترل تجزیه ناشی از واکنش بنیادی C-S-H (کلسیم- سیلیکات- هیدرات)، که در اثر نشت((leaching کلسیم در آب رخ می دهد، و نیز جلوگیری از نفوذ آب به درون بتن می شود که هر دوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهد.

  متناسب با میزان افزایش تراکم ذرات، آسیا کردن کلینکر سیمان پرتلند معمولی(OPC) به همراه ماسه استاندارد، منجر به تولید ذرات ریز تری در مقایسه با ذرات حاصل از آسیا نمودن سیمان پرتلند معمولی به تنهایی می شود، و نکته مهم اینکه با افزایش میزان ریزی و در نتیجه تراکم ذرات، مقاومت فشاری بتن تا حد سه تا شش برابر افزایش می یابد.

  خاکستر فرار یکی دیگر از مواد مورد استفاده در ساخت بتن است؛ استفاده از این ماده علاوه بر افزایش دوام و استحکام بتن، میزان مصرف سیمان را نیز کاهش می دهد؛ ولی افزودن خاکستر فرار به بتن موجب کند شدن فرآیند عمل آوری بتن و کمتر شدن مقاومت کوتاه مدت آن در مقایسه با بتن معمولی می شود. در صورت افزودن نانو ذرات سیلیس به بتن ساخته شده با خاکستر فرار، با وجود اینکه قسمتی از سیمان مصرفی با سیلیس جایگزین می شود، چگالی و استحکام بتن و مخصوصاَ مقاومت کوتاه مدت بتن افزایش چشمگیری می یابد.

  همچنین تحقیق در مورد اضافه نمودن نانو ذرات اکسید آهن یا هماتیت (Fe2o3) به بتن نشان داده است که این ذرات علاوه بر افزایش مقاومت بتن ،پایش سطوح تنش( خستگی) بتن را از طریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی ( مقطعی) امکان پذیر می سازد.

  نوعی دیگر از نانو ذرات افزودنی به بتن در جهت بهبود ویژگی های آن، دی اکسید تیتانیوم(Tio2) است؛ Tio2  یک رنگدانه سفید است که می توان آن را به عنوان یک روکش بازتاب کننده مطلوب استفاده نمود.

Tio2 از طریق واکنش های فوتو کاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی، ترکیبات آلی فرار ((VOC و غشاهای باکتریایی است و به همین دلیل برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها و شیشه ها اضافه می گردد.

چنانچه از Tio2 در سطوح بیرونی سازه ها استفاده شود، قادر است غلظت آلاینده های موجود در هوا را کاهش دهد. Tio2 ماده ای آب دوست است و با اضافه شدن به سطحی، موجب ایجاد خاصیت خود تمیز کنندگی در سطح می گردد.

بتن تولید شده با این ذرات هم اکنون در پروژه هایی در سر تا سر دنیا در حال استفاده است، این بتن دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است که سفیدی و درخشندگی خود را به طور موثری حفظ می کند، این در حالی است که سازه های ساخته شده با بتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.

  نانو لوله های کربنی((CNT از جمله نانو ذرات دیگری با ویژگی های قابل توجهی هستند که تحقیقات برای بررسی مزایای حاصل از اضافه نمودن آنها به بتن در حال انجام است. در صورت افزودن مقادیر کوچکی  (در حدود یک در صد وزنی) از نانو لوله های کربنی به نمونه های متشکل از آب و بخش عمده ای سیمان پرتلند، خواص مکانیکی نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد.

نانو لوله های تک جداره(MWNT) اکسید شده بالاترین میزان افزایش را هم در مقاومت فشاری (25+ نیوتن بر متر مربع) و هم در مقاومت خمشی( 8+ نیوتن بر متر مربع) نمونه ها نشان دادند.به طور تئوری اثبات شده است که وجود مقدار زیادی نقایص ساختاری بر روی سطح نانو لوله های چند جداره اکسید شده می تواند به ایجاد اتصال بهتر میان نانو ساختارها و ملات بینجامد؛ لذا می توان نتیجه گرفت که ازطریق ایجاد نقایصی بر روی سطح میلگردهای تقویت کننده بتن، خواص مکانیکی کامپوزیت بهبود می یابد.

در مورد افزودن نانو لوله ها به هر ماده ای دو مشکل عمده وجود دارد: یکی ایجاد اتصال میان نانو لوله ها با همدیگر و دیگری فقدان چسبندگی مناسب میان نانو لوله و شبکه ماده توده، که از دلایل این مشکل، بر هم کنش های میان صفحات گرافیتی نانو لوله هاست. این خاصیت، آنها را به سمت جمع شدن کنار یکدیگر به صورت دسته ها یا طناب هایی سوق می دهد و گاهی اوقات امکان دارد این طناب ها به یکدیگر گیر کرده باشند.

برای دستیابی به پراکندگی یکنواخت نانو لوله ها درون شبکه ماده توده، باید نانو لوله ها را از یکدیگر جدا نمود، علاوه بر این به دلیل طبیعت گرافیتی نانو لوله ها و وجود خاصیت لغزندگی در آنها،امکان ایجاد چسبندگی مناسب میان نانو لوله و شبکه وجود ندارد.

در صورت استفاده از صمغ عربی به منظور از پیش پراکنده سازی نانو لوله ها، مخصوصاَ در صورت کاربرد نانو لوله های تک جداره ((SWNT، ویژگی های مکانیکی بتن به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. برای تعیین مقادیر بهینه نانو لوله های مورد مصرف و نیز شاخص های مؤثر در پراکنده سازی نانو لوله ها در مخلوط، به تحقیقات بیشتری نیاز است.

  هزینه بالای افزودن نانولوله های کربنی به بتن،توجه به مزایای آن را تحت الشعاع قرار داده است؛ لذا فعالیت هایی در جهت کاهش قیمت نانو لوله ها در حال انجام است که در این صورت مزایای حاصل از افزودن آنها به مواد سیمان بیشتر مورد توجه قرار خواهد گرفت.

  روکش ها، زمینه مطالعاتی دیگری هستند و تحقیق فعالانه ای در مورد روکش های محافظ محتوی نانو ذرات برای حفاظت سطحی از بتن در حال انجام است. کاربرد ویژه این روکش ها در حفاظت در برابر شوره گذاری است. هم اکنون مطالعات به سمت کاربرد برخی از انواع نانو ذرات در چسب های (ملات های binder) مختلف و نحوه تاثیر آنها بر روی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن، مانند ممانعت از انتقال یون های کلر، مقاومت در برابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب و عمق نفوذ، هدایت می شوند. تا کنون نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی با وزن مولکولی پایین و نانو ذرات رس (nano-clay )، نتایج امید وار کننده ای را نشان داده است.

تحقیقات کنونی نشان داده اند که حسگر های مبتنی بر فناوری نانو می توانند کاربردهای زیادی در سازه های بتنی، به منظور کنترل کیفیت و پایش دوام بتن داشته باشند. به طوری که این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی؛از جمله 1)اندازه گیری چگالی بتن؛

 2) نظارت بر فرآیند عمل آوری بتن و اندازه گیری میزان افت(انقباض) بتن؛

 3) اندازه گیری پارامتر های کلیدی معین و اثر گذار بر دوام بتن مانند دما،رطوبت،غلظت کلر،PH، دی اکسید کربن،میزان خستگی(تنش)، خوردگی میلگردها وارتعاش( ویبراسیون)، طراحی شوند.

با توجه به مزیت های کاربرد نانو مواد دربتن می توان در صنایع مختلف معدنی استفاده نمود که عبارتند از :

لاینینگ دیواره های تونل ها به علت داشتن استحکام بالا و مقاومت فشاری وخمشی و تراکم و...

در تونل های راه به دلیل خاصیت باز تابندگی می توان از این نوع بتن ها در دیواره ها استفاده نمود که فضای روشنی را فراهم می سازدو باعث کاربرد لامپهای کمتر می شود.

بدلیل مقاومت در برابر نفوذ اب دیگر نیاز به نوارهای واتر استاب که از نفوذ اب به بتن جلوگیری می کنددر دیواره ها نیست.

به علاوه این بتن ها به دلیل دارا بودن ترکیبات مناسب چسبندگی مناسب با شبکه های فولادی(مش) ارجحیت استفاده نسبت به بتن های معمولی را دارند.

 همچنین به دلیل تراکم و مقاومت در برابر سطوح تنش استفاده از این نوع بتن ها به عنوان دوغاب و خمیر پر کننده چال هایی که در ان راک بولت (میل مهار)نصب شده است توصیه می شود.

افزودنی تبدیل گچ به سیمان

سیمان , نانو تكنولوژي براي سيمان در حجم زياد

نانو تكنولوژي براي سيمان در حجم زياد

نانوسم (nanocem) يك تحقيق جديد شبكه اروپاست كه بر روي مراحل توسعه اصول فني نانو (مقياس يك بيليوني) در مواد سيماني متمركز شده است.

بستهاي سيمان پورتلند ، اجزا اوليه فعال بتن هستند كه در بيشتر ساختمانهاي مدرن استفاده مي شوند . ديگر تشكيل دهنده هاي بتن ، آب و مصالح دانه اي ريز و درشت (مانند شن و سنگ) هستند.
بستها از جوش سيمان پورتلند با زمينه كمي از سولفات كلسيم ساخته شده اند و به طور متداول شامل پودرهاي ريز معدني مثل سنگ آهك ، پوزولان (معمولا خاكسترهاي آتش فشاني) ، خاكستر بادي (معمولا از زغال سوخته گياهان پر قدرت) و سرباره دانه اي كوره بلند ، هستند.
چنين گردهمايي به عنوان مواد سيماني تكميلي تلقي مي شوند زيرا آنها براي جايگزين شدن به جاي بيشتر چسب سيمانهاي گران استفاده مي شوند. مواد افزودني شيميايي مانند افزودني ها كاهنده آب ، فوق روان كننده ها (خمير كننده ها) ، كندگير كننده ها ، تند گير كننده هاي بتن و عوامل هوازا مي توانند به بتن در مقدار كم اضافه شوند تا خصلتهاي بتن را براي موارد استفاده خاص تغيير دهند.
 
توضيح درباره نانو : 

گر چه سيمان پرتلند در مقدار وسيع در مواد دست ساز بشر بر روي زمين استفاده مي شود اما فهم مكانيزم اصلي ، حاوي خصوصياتش به طور طبيعي باقي مانده است . مراحلي كه در طول 1لحظات نخستين واكنش با آب اتفاق مي افتد ، مي تواند ساختارهاي بزرگ و ريز را تحت تاثير قرار دهد و اجراي طولاني مدت يك ساختار را در پي داشته باشد.
بيشتر واكنشهاي شيميايي كه عملكرد مواد سيماني را كنترل مي كند در مقياس نانو سنج (يك بيليون) اتفاق مي افتد ولي اكثر تحقيقات ، عمليات مهندسي گرفته اند و بر روي مرحله درشت (قابل ديد) متمركز شده اند. فقدان فهم جزييات مولكولي از رشد چشم گير تقريبا جلوگيري كرده و موج ناتواني در پيش بيني وضع آينده شده است. نياز براي آزمايش مكرر خصوصيات در تناسب درشت دانه اي مانع نوآوري و استخراج در scm هايي كه به طور گسترده اي در دسترس قرار دارند ، شده است كه به طور كلي در جا دادن انرژي اندك (جدول سمت راست را ببينيد) و غير سمي مي باشند.
در حال حاضر ، در هر ساختماني كه در آن از مواد سيماني جديد با عملكرد بالا استفاده مي شود ، نياز به تست زمان (طولاني كردن) دارد. با كسب دانش بنيادين ، اين مواد مي توانستند به جاي آزمايش و خطا با طراحي و پايه گذاري بر روي مدلهاي معتبر ، ساخته شوند.
هدايت در مسير صحيح :
در طول اين فعاليت بر روي اين مطلب يعني نانوسم ، 21 انجمن علمي به همراه 12 شريك صنعتي كه 5 شركت بزرگ توليد كننده سيمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 كشور اروپايي گسترش يافت و در طول يك چهارم قرن گذشته انقلابي در تكــــنيكهاي تجربي براي رسيدگي به مواردي مثل تشـــديد طيف بيني مغناطيســــي هستـــــه اي (nmr) و نيروهــاي ميكروسكوپي بوجود آورده اند و به شركاي نانوسم امكان دسترسي به ابزارهاي پيشرفته را داده است.
شركتهاي صنعتي خط شروع مالي براي شبكه ارتباطي فراهم كرده اند و راهنمايي با احترام به پيش بيني علايق بازار فراهم نموده اند. اعضاي انجمن علمي مجبور هستند كه حداقل يكي از پروژه هاي تحقيقاتي مستقل مالي را با شبكه ارتباطي تسهيم كنند و بايد تحقيقاتشان را به روش تعاوني و مكمل توسعه دهند .
كارگاههاي اصلي برگزار مي شوند تا قسمتهاي مهم خالي علمي را پيدا كنند و با ارتباط دادن پروژه هاي تحقيقاتي ، سعي در پر كردنشان نمايند.
اين كميته هدايت كننده شامل 5 نماينده از شركاي صنعتي و 5 نفر از انجمن علمي است . جلسات تجاري دو بار در سال برگزار مي شود . برنامه تحقيقاتي شبكه ارتباطي ، چهار پروژه اصلي و پروژه شريكي در دست اجرا داد كه شامل موارد زير است :
مجموعه هيدرات كه خود متشكل از كربن ، سولفور هيدروژن (c-s-h) مي باشد. در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيب وجهه هيدراتي ممكن نيست در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيبي هيدراتي كه از هيدرات يك سيستم سيماني منتج شده است ، ممكن نيست ، مخصوصا زماني كه (scm) هايي مثل خاكستر بادي يا سرباره شامل آنها مي شود. هدف اين پروژه ها تعيين مواد تشكيل دهنده و استحكام تركيب وجهي هيدرات است كه انتظار مـي رود ، در دماي بالاتر از 50 درجه سانتي گراد اتفاق بيفتد. اين تحقيق شامل پروژه هاي دكتراي تخصصي است كه به طور پيوسته توسط دانشگاه هاي ابردين aberdeen بريتانيا ، امپا empa در سوئيس و espcl در فرانسه هدايت مي شود.
ساختار منفذ توسط nmr : اين پروژه اميدوار است تا تنظيم جامعي بر روي هنرهاي غير مخرب ، ابزارهاي تكنيكي غير تهاجمي داشته باشد و آنها را قادر مي سازد ، ساختار منفذ هيدرات سيمانها را در حدي كه در آن منافذ با آب پر مي شوند و قابليت جابجايي آب در مواد اشباع كننده را تحليل كنند. نتيجه كار اجازه خواهد داد كه دوام و عملكرد بتن به طور بهتري پيش بيني شود . دو گروه از گروههاي هدايت كننده در منطقه چرخش پروتني را دانشگاههاي سوري surrey در بريتانيا و پلي تكنيك فرانسه را شامل مي شود.
فعل و انفعالات تركيبات آلب آلومينيم با اكسيد فلز : اين امر يكي از مشكلترين مباحث مربوط به اثر سيمان و فوق روان كننده (خمير كننده) در بتن است. براي مثال شتاب فوق خميريازي بر روي فرمهاي غير فعال ( كه صورت تركيب آلي آلومينيم با اكسيد فلز ناميده مي شود) در طول مراحل اوليه تركيب سازي بتن مي باشد.
اين پديده شناخته شده ، منتهي به مصرف مقدار زياد فوق خميرساني در بسياري از بتن ها و بوجود آمدن مشكلات كاربردي جدي ، زماني كه مواد خام يا شرايط تركيب تغيير كرده اند ، مي شود. اين تحقيق توسط سيكا در سوئيس و espc هدايت مي شود.
واكنش پذيري سيستم سيماني : در پروژه دكتــــري تــوسط epfl در سوئيس و dtu در دانمارك و دانشگاه آرهوس aarhus دانمارك و دانشگاه ليدز leeds در بريتانيا در دست تحقيق است كه بر روي توسعه يك روش براي تشخـــــــيص درجه عكس العمل قسمت جوش سيماني و به طور مستقل scm ها در سيمانهاي چسبيده است. 

شريك شدن :

پروژه هاي شركتي در محدوده شبكه ارتباطي ماننده تحقيقات در دست اجراي دانشگاههاي bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روي پيوستگي و ساختار c-s-h در مقياس نانو از بنياد تا كاربرد است . براي مثال در موسسه تكنولوژي دنيش danish ، مطالعه اي بر روي مكانيزم زيباشناختي ظاهري بتن بر روي ساختار سرتاسري صورت پذيرفته است. 

تحقيق و تعليم : 

علاوه بر هسته تحقيقات نانوسم كه بوسيله شركاي صنعتي در حدود 500 هزار يورو در هر سال از لحاظ مالي تامين مي شود ، مركز مالي eu ، 2/3 ميليون يورو براي چهار سال تحقيق و تعليم پروژه (rtn) شبكه ارتباطي تحت برنامه ماري كوري ، برنده شده است.
اين پروژه فهم اساسي مواد سيماني براي بهبود عملكرد زيباشناختي فيزيكي و شيميايي نام نهاده شده و بين 10 پروژه دكتري و 5 پروژه فوق دكتري تقسيم شده است كه هر كدام بين دو يا چند شريك قسمت مي شود. محققان زماني براي هر منطقه شراكتي در طول پروژه صرف مي كنند .
موضوعات به چهار گروه تقسيم مي شود : كاستن قالب سيمان : اين موضوع بع طور اوليه فروسايي سيمان با تاكير بر حملات سولفات رامي پذيرد . نيروي سايش نيز در اين موضوع مد نظر گرفته مي شود . اين كار ساخت مدل كلي عملكرد سيمان را تامين مي كند.
بررسي فيزيكي و مكانيكي عملكرد : اين مقياسهاي طولاني ، بررسيهاي ارتباطي نانو ، ماكرو و ساختــــاري بزرگ براي توسعه ابزارهاي در جهت ارزش گذاري عملكرد مهندسي را احاطه مي كند. اين تحقيق به توسعه اصول تكنيكي و مدلها براي استفاده توسط مهندسين را متحمل مي شود.
مواد سيماني جديد : در اين گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمي و مهندسي بكار گرفته مي شوند تا عملكرد مواد سيماني بر سطح و حجم را بهبود بخشند. اين كاريك رشته نوآوريهاي لازم براي بهبود عملكردي و زيباشناختي در طول افزودن محلي را مي پذيرد.
پروژه هاي متقاطع : اين پروژه ها وروديهاي مهم براي موضوعي كه در بالا اشاره شده است را تامين مي كند . آنها scmهايي را كه به طور افزايشي استفاده مي شوند ، در تركيب با جوش سيمان پورتلند ، در علايق قابل تحمل پوشش داده اند.
دستاوردهاي جاه طلبانه :
شبكه ارتباطي نانو ، خود يك منبع ساختماني جديد ذهني جاه طلبانه تنظيم كرده كه در دستاورد موثري بر تحقيقات اروپايي بر روي مواد سيماني مي باشد.
به طور كلي انجمنهاي علمي كوچك و اغلب مجزا ، طرحهايي براي انجمنهاي سرمايه گــذاري بين المللي مي سازند و در رقابت با ديگر گروههاي مواد علمي و ديسيپلين هاي مهندسين عمران ارزش گذاري مي شوند. اغلب مسائلي ناشناخته قابل توجهي درباره اين كار در ديگر كــشورها اتفاق مي افتد و چنين كارهايي هيچ گاه منتشر نمي شوند. اين امر منتهي به دو برابر شدن تلاشهاي تحقيقاتي و مطالعه زياد پارامتري شده است. جايي كه نتايج فقط براي تركيب خاصي از مطالعه مواد خام در دسترس هستند.
نانوسم تلاش بيشتري را براي روشن كردن پروژه ها و جمع آوري تجربيات همه شركا انجـــــام ميدهد.

http://gatch.blogfa.com

افزودنی تبدیل گچ به سیمان

كاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

كاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

مقدمه :

مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زير 100nm باشد تعريف شده اند ، يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است . به طور كلي ،در يك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو مواد را مي توان به صورت هاي زير بيان كرد : · فيلمهاي نانو لايه ( Nano Layer Thin Films ) براي كاربردهاي عمدتاً الكترونيكي · نانو پوششهاي حفاظتي (Nano Coating ) براي افزايش مقاومت در برابر خوردگي ، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي · نانو ذرات به عنوان پيش سازنده (Precursor) يا اصلاح ساز (Modifier) پديده هاي شيميايي و فيزيكي · نانو لوله ها (Nanotubes) منظور از يك ماده نانو ساختار يا واضح تر يك بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدي است كه در آن انتظام اتمي ، اندازه كريستالهاي تشكيل دهنده و تركيب شيميايي در سراسر بدنه در مقياس چند نانو متري گسترده شده باشد .

خواص فيزيكي و شيميايي مواد نانو (در شكل و فرمهاي متعددي كه وجود دارند از جمله ذرات ، الياف ، گلوله و . . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپي تفاوت اساسي دارند . تغييرات اصولي كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواص جديد آنها در سطح مقياس نانو مي باشد .

هدف نهايي از بررسي مواد در مقياس نانو ، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكرد بالا مي باشد ، كه آنها را مي توان به عنوان مصالحي با عملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چند منظوره ، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي مي باشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربردهاي گوناگوني را ارائه نمايند .

در مطالب بعدي كه خواهد آمد مواد نانو ساختاري معرفي خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودن چنين موادي مي توانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازي و صنايع وابسته به آن ايجاد كنند

2. مواد نانو كمپوزيت :

مواد نانو كمپوزيت بر پايه پليمر (ماتريس پليمري ) اولين بار در سالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژي سول- ژل(Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو كاني درون ماتريس پليمر استفاده شده است .

هرچند تحقيقات انجام شده در دو دهه گذشته براي توسعه تجاري اين مواد توسط شركت تويوتا در ژاپن در اواخر سالهاي 80 صورت گرفته است ، ولي رشته نانو كمپوزيت پليمر هنوز در مرحله جنيني و در آغاز راه مي باشد .

در اين شرايط نانو آلومينا ، بهترين ساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميك نويد مي دهد . زيرا كاربرد اين مواد پديده اي است كه از نظر مكانيكي ، الكتريكي و خواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و در رشته هاي مختلف كاربرد دارد . از جمله مي توان به چند نمونه اشاره كرد : · 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 .

3. بتن با عملكرد بالا ([1]HPC) :

يكي از چالشهايي كه در رشته مصالح ساختماني بوجود آمده است ، بتن با عملكرد بالا(HPC ) مي باشد . اين نوع بتن مقاوم از نوع مصالح كامپوزيت 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 كه چسبندگي ، پيوستگي و يكپارچگي را بوجود مي آورد .

بنابراين ، مطالعات بتن و خمير سيمان در مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختماني جديد و كاربرد آنها بسيار حائز اهميت مي باشد . روش معمولي براي توسعه بتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي 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 با عملكرد بالاي چند منظوره (MHPC) خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد ، از جمله مي توان به خاصيت الكترو مغناطيسي ، و قابليت به كار گيري در سازه هاي اتمي (محافظت از تشعشعات ) و افزايش موثر بودن آن در حفظ انرژي ساختمانها و ... را نام برد .

4. نانو سيليس آمورف :

در صنعت بتن ، سيليس يكي از معروفترين موادي است 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 در حدود 1/0 تا 1 ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليس حدود 90% مي باشد . مي توان گفت كه ميكرو سيليكا محصولي است كه در محدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايش عملكرد كامپوزيت مواد سيماني به كار برده مي شود .

محصول نانو سيليس متشكل از ذراتي هستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطر كمتر از 100nm يا بصورت ذرات خشك پودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي باشند ، كه مايع آن معمول ترين نوع محلول نانو سيليس مي باشد ، اين نوع محلول در آزمايشات مشخص در بتن خود تراكم([2]SCC) به كار گرفته شده است . نانو سيليس معلق كاربردهاي چند منظوره از خود نشان 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 تر انجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همان تاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميكرو سيليكا را در سنين اوليه دارا مي باشد .

تمام كارهاي انجام يافته بر روي كاربرد مواد نانو سيليس كلوئيدي (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ريولوژي ، كار پذيري و مكانيكي خمير سيمان بوده است . آنچه كه در اينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانو سيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومتر مي باشد .

5. نانو لوله ها : (NANOTUBES)

همان گونه كه در مقدمه مقاله مطرح شد معمولاً الياف براي مسلح كردن و اصلاح عملكرد مكانيكي بتن بكار برده مي شوند . امروزه از الياف فلزي ، شيشه اي ، پلي پروپلين ، كربن و . . . در بتن براي مسلح كردن استفاده مي شود و ليكن تحقيقات روي بتن مسلح شده توسط نانو لوله كربني (Carbon Nanotubes ) انتشار نيافته است تا بتوان از نتايج آن براي مسلح كردن بوسيله نانو لوله ها استفاده كرد .
نانو لوله كربني توسط LIJIMA در سال 1991 كشف شده است و كارهاي بسياري بر روي ساختار نانو در بخش فيزيك كوانتوم انجام يافته است بطوري كه تحقيقات نوين بر روي تكنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهاني نقش اساسي و اصلي بازي مي كند . كربن 60 و نانو لوله هاي نوين داراي ساختاري هستند كه آنها را از فولاد قوي تر و بسيار سبك مي كند بطوريكه مي توانند خميدگي و كشش را بدون شكستن تحمل نمايند و در آينده جايگزين الياف كربن خواهند شد كه در كامپوزيت ها به كار برده مي شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقيقات انجام شده در مركز تحقيقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ايران ) ، داراي مقاومت كششي بيش از هر نوع الياف بتني شناخته شده مي باشند و نيز نانو لوله ها خواص ويژه قابل ملاحظه حرارتي و الكتريكي از خود نشان مي دهند ، بطوريكه هادي بودن حرارت آنها بيش از دو برابر الماس و هادي بودن الكتريكي آنها در حدود 1000 برابر فلز مس مي باشد .

نانو لوله ها طبقه جديدي از محصولات مي باشند كه انقلابي جديد در زمينه مصالح و مواد پيشرفته را بوجود آورده اند . يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره مي توانند به عنوان نانو لوله هاي كربني در نقش الياف مسلح كننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گيرند . بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي بدست آوردن هدف اصلي ذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختماني با عملكرد بالاي چند منظوره , بازي مي كنند .

6. نتيجه گيري :

منظور از مقاله ارائه شده نشان دادن مصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوع مواد در صنعت ساختمان مي باشد ، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه هاي فراواني براي كارهاي نظري و عملي در دانشگاههاي كشور وجود دارد كه اميد است كه با معرفي مصالح با ساختار نانو راه براي گامهاي بلندتر در اين زمينه باز شود .

7.شكر و قدرداني :

از زحمات و مساعدت هاي استاد گرانقدرم جناب آقاي دكتر صادقي كه در طول نوشتن مقاله از هيچ كوششي در كمك به بنده دريغ نكردند كمال تشكر و قدرداني مي شود

[1] High Performance Concrete

[2] Self Compacting Concrete

منبع :nano . i r

http://gatch.blogfa.com

افزودنی تبدیل گچ به سیمان

آشنائی با فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیط زیست و صنعت سیمان

فناوری نانو ( نانو تکنولوژی ) یا فناوری ساخت مولکولی :

واژه نانو یک کلمه یونانی است به معنای کوتوله. یک نانومتر (1nm) معادل با یک میلیاردم) متر می باشد که 4 برابر قطر یک اتم و 80000 بار کمتر از ضخامت موی انسان است . مهندسی و طراحی در مقیاس مولکولی اولین بار(سال 1954) توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman)مطرح شد که برنده جایزه نوبل فیزیک گردید. در واقع ایده آقای فاینمن این بود که می توان به کمک ماشینهای کوچک ماشینهای  کوچکتر ساخت سپس این کاهش اندازه را تا سطح خود اتمها ادامه داد.

فناوری نانو از دیدگاه موسسه ابداعات نانو تکنولوژی آمریکا و پژوهشگاه نانو در انگلستان، عبارت است از تحقیق، جستجو و کاوش در سطوح اتم ها ومولکولهای مواد در محدوده 1 تا 100 نانو متربه شرطی که بتوانند نقش مهمی در خواص مواد ایجاد کنند.

به کمک فناوری نانو می توان اتم ها و مولکولها را به دلخواه چیدمان کرد تا به ماده مورد نظر با خواص ویژه نائل شد.  با ایجاد نانو ساختارها امکان تغییر خواص ذاتی مواد از جمله دمای ذوب،خواص مغناطیسی ، رنگ ... وجود دارد.

به عبارتی همان گونه که در طبیعت ، تعدادی مولکول در کنار هم قرار گرفته اند تا یک جسم بوجود آید در فضای نانو تکنولوژی تعدادی ذره در حد نانومتر(نانو ذرات) با هم دیگر جمع شده اند تا ماده ای را بوجود آورند. البته صرف ریز بودن ذرات کافی نیست بلکه مهم این است که ماده حاصل دارای خواص مورد نظر نیز باشد.

نانو ذره چیست؟

نانو ذره، ذره ای است با ابعاد نانومتری در هر سه بعد . نانو ذرات به صورت پودر خشک و یا به به صورت پخش در مایع در بازار به فروش می رسند. این ذرات دارای شکلهای گوناگونی از جمله کروی ، پولکی، ورقه ای، لوله ای و میله ای یافت می شوند. از معروف ترین و مشهور ترین پودر نانوذرات  که ده ها سال است استفاده می شود همان دوده یا کربن سیاه است که در تایر اتومبیلها مصرف می گردد. این ذرات دارای نسبت سطح به حجم بالائی هستند که آنها را برای استفاده در کاتالیست ها ، مواد کامپوزیتی و ... مناسب می سازد. مواد نانو ذره به صورتهای زیر تولید می شوند:

1.خردایش و کار مکانیکی

2. روش شیمی مرطوب(روش سل- ژل، روش کلوئیدی)

3. روش تولید نانو ذرات از فاز گاز

4. روش چگالش بخارات شیمیائی

کاربرد نانو تکنولوژی در محیط زیست:

همان گونه که می دانیم دو راه برای مبارزه با آلاینده ها در فضا وجود دارد. یکی حذف منبع آلودکننده که بهترین روش برای کاهش آلاینده هاست  و دیگری  کنترل منابع تولید آلاینده. به کمک فناوری نانو می توان خود سرچشمه آلودگی را حذف کرد . در این راستا می توان به تولید پارچه های ضد لک ، شیشه های خود تمیز کن، بتن خود تمیز شونده و ... اشاره کرد.

از موارد استعمال نانو تکنولوژی در محیط زیست :

1. نانو فیلتر ها (برای تصفیه پساب های صنعتی)
2. نانو پودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از دودکش و اگزوز اتومبیل ها)
3. نانو لوله ها ( برای ذخیره سازی سوخت کاملا" تمیز هیدروژن)
4. نانو کاتالیست ها

نانو فیلتر ها:

نانو فیلتر، یک غشاء پلیمری بسیار نازک با حفرات نانو متری (1 تا 10 نانو متر) است که قابلیت جداسازی اجزای یک محلول از همدیگر و یا از حلال را دارد. این در حالی است که فیلتر های معمولی ذرات 100 تا 1000 نانو متر را جداسازی می کنند. به عنوان مثال به کمک نانو غشاء می توان نمک های موجود در آب مانند یونهای منیزیم و کلسیم – که باعث سختی آب می گردند -  را تا 90% کاهش داد و یا می توان عناصر فلزی سمی از جمله کرم شش ظرفیتی و آرسنیک را به کمک یک نانوغشاء از آب حذف کرد. همان گونه که می دانید در مناطقی از خراسان جنوبی و بیرجند وجود رگه های فلزات سنگین در لایه های زیر زمینی باعث آلودگی آبهای زیرزمینی می گردد که خطر جدی برای ساکنین به حساب می آید. یکی از راههای حذف فلزات سمی از آب استفاده از نانو فیلتر ها می باشد. در صنعت سیمان نیز به دلیل استعمال آجرهای منیزیت – کرومیتی ، کرم سه ظرفیتی در مجاورت قلیائی ها به کرم شش ظرفیتی تبدیل می شود. تبدیل کرومیت به کرومات و حل شدن آن در آب سبب آلودگی آبهای زیرزمینی می شود. این آجرها بعد از تعمیرات از کوره خارج می شوند و به عنوان ضایعات در محیط و در معرض بارش قرار می گیرند. کرومات سمی در اثر تماس با پوست نیز مستقیما" جذب می شود. به کمک  نانو فیلتر ها هوا را هم می توان تصفیه کرد.

به طور کلی از نانو فیلتر ها می توان در موارد زیر استفاده کرد:

1. تصفیه پساب رختشوی خانه ها
2. تصفیه پساب های اسیدی واحدهای صنعتی
3. رنگ زدائی از آب آشامیدنی
4. بازیابی آب از فاضلاب
5. تصفیه زباله های کشاورزی
6. خالص سازی الکلها
7. تصفیه آب پنیر

و...

نانو کاتالیستها:

دراجسام  نانو ذره ای ، علاوه بر کوچک بودن اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتمهای سطحی به اتمهای داخلی افزایش می یابد به گونه ای که سطح ویژه بیشتری را فراهم می کنند لذا این ویژگی در نانو کاتالیست ها باعث افزایش سطح تماس بیشتری با مواد اولیه و در نتیجه افزایش کارائی کاتالیست می شود . به عنوان مثال از نانو کاتالیست ها در تصفیه گازهای خروجی اگزوز اتومبیلها استفاده می شود.

کاتالیست های رایج که پایه پلاتینی دارند بسیار گران قیمت هستند ولی کاتالیستهای نانو ساختاری هم ارزانند و هم از راندمان کافی برخوردارند.

نانو پودرها:

به طور کلی پودرها ذرات ریزی هستند كه از خُرد کردن قطعات بزرگ جامد ، یا ته نشین شدن ذرات جامدِ معلق در محلولها به دست می آیند. نانوپودر، پودری است که اندازه ذرات  آن کمتر از 100 نانومتر باشد. برای تولید  نانوپودرها ازدو روش پایین به بالا یا بالا به پایین استفاده می گردد.  در روش بالا به پایین قطعه را از اندازه‌های بزرگ انتخاب و آن را آن‌قدر خُرد می‌كنیم تا به اندازه‌های نانومتری برسد. در روش پایین به بالا، اتم‌ها را دانه به دانه كنار هم می‌چینیم تا یك ساختار نانومتری به وجود آید.

یکی از روشهای کاربرد نانو پودر ، مخلوط آنها با یک ماده نرم دیگر مانند سیمان می باشد . در این حالت، پودر را «نانوپودر کامپوزیتی» می‌نامند. کامپوزیت که از کلمه‌ی انگلیسی composition گرفته شده، به معنی ترکیب دو یا چند چیز است. ملموس‌ترین مثال برای كامپوزیت، كاه‌گل است.

در نانوپودرهای كامپوزیتی نیز ذرات نانومتری در زمینه‌ی ذرات بزرگتر (غیر نانومتری) پراكنده شده‌اند. علت ترکیب شدن آنها اختلاف خواص این دو ماده است. در کامپوزیت معمولاً زمینه از یک ماده‌ی نرم و افزودنی از ماده‌ی سخت انتخاب می‌شود. در این صورت، هنگامی‌ که به ماده نیرو وارد می‌شود، زمینه نیرو را به رشته یا پودر اضافه‌شده منتقل می‌كند تا بتواند در برابر نیروی واردشده‌ مقاومت بیشتری داشته باشد.

فناوری نانو در صنعت سیمان و بتن:

نانو سیمان چیست؟

سیمانی با اندازه ذرات نانومتری(کمتر از 500 نانو متر)می باشد . جهت تولید سیمان با اندازه نانو دو روش وجود دارد:

1. سنتز نانو سیمان که در این روش از ابزارهای مکانیکی به منظور سنتز شیمیائی و جداسازی ذرات با اندازه نانو از ذرات بزرگ سیمان استفاده می شود.

2. این روش مربوط به ساختار هیدراته سیمان است.

با استفاده از نانو سیمان می توان یک نانو بتن ساخت. نانو بتن، بتنی است که از سیمانی با ذرات کوچکتر از 500 نانومتر ساخته شده باشد. بتن معمولی از سیمانی با ذرات چند نانومتری تا حداکثر 100 میکرومتر تشکیل شده است. البته شایان ذکر است که بتن معمولی هم دارای ذرات بسیار ریز و در حد نانو می باشد اما مسئله اینجاست که داشتن ذراتی با ابعاد نانو برای تولید نانو مواد کافی نیست بلکه باید مقدار و موقعیت این ذرات در مواد قابل کنترل باشد به عبارتی در فناوری نانو کنترل ویژگی ها از دستیابی به ابعاد نانو مهم تر است. از کاربردهای نانو بتن می توان به تولید محصولات بتن نیمه شفاف، پوششهای بتنی مقاوم( در مقابل خراش، نور، مواد شیمیائی و...)بتن خود تمیز شونده، بتن خود تعمیر شونده و ... اشاره کرد.

 

 

بتن خود تمیز شونده

 

بتن نیمه شفاف

 

از مخلوط فیبرهای شیشه با مخلوط خرده سنگ،سیمان و آب و با بکار بردن نانوتکنولوژی می توان به تولید بتن نیمه شفاف دست یافت که از آن برای ساخت پلها و ساختمانها می توان استفاده کرد. البته محصول فوق بسیار پرهزینه بوده و فعلا" در حد آزمایشگاهی تولید می شود. همچنین گفتنی است که به کارگیری فناوری نانو  در بتن به دو روش امکان پذیر است:

1.استفاده از نانو سیمان

2.استفاده از نانو افزودنی ها

اختلاط مناسب نانو ذرات با سیمان شرط مناسب ایجاد و کنترل خواص مورد نظر است. نانو سیمان ها برای ساخت برجهای بلند ،نظامی(ضد گلوله)، ساختمان ریاست جمهوری و ... مصرف می گردند. استفاده از این افزودنی ها در تولید سیمان ، علاوه بر بهبود خواص سیمان موجب مصرف کمترسیمان ،کاهش مصرف انرژی و کاهش گازهای گلخانه ای می گردد.

نانو ذرات مورد استفاده در صنعت سیمان عبارتند از:

1.نانو آلومینا:

افزودن این نانو ذره به سیمان باعث افزایش مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته نسبت به سیمانهای معمولی می گردد. به عنوان مثال مدول الاستیسیته سیمان حاوی 5% نانو آلومینا در طی 28 روز، 143% افزایش یافته در حالی که در سیمانهای حاوی میکروسیلیکا این عدد معادل 15% می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که مقاومت فشاری 7 روزه سیمانهای حاوی نانو آلومینا 30% نسبت به سیمان پرتلند معمولی بیشتر است.

2.نانو اکسید آهن:

 

استفاده از این نانو ذره در سیمان نیزباعث افزایش مقاومت فشاری سیمان میشود. البته برای استفاده از نانو اکسید آهن حد بهینه وجود دارد زیرا مقدار بیشتر باعث عدم پراکندگی مناسب و تجمع نانو ذرات در سیمان گشته و موجب کاهش مقاومت فشاری می گردد.

3. نانو اکسید روی:

مصرف این نانو ذره بجای درصدی از cao موجود در کلینکر سبب پایداری فاز c3s شده و افزودن 5% از این نانو ذرات به سیمان موجب حداکثر رشد مقاومت فشاری 166 مگا پاسکال می گردد.

4.نانو سیلیکا:

سیلیکا نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن ایفا می کند. نانوذرات سیلیکا دارای شکل گلوله ای با قطر کمتر از 100nm هستند که به صورت ذرات خشک پودری یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار  می باشند. تحقیقات نشان می دهدکه واکنش پذیری و مقاومت فشاری 7 روزه و 28 روزه سیمانهای حاوی ذرات نانو سیلیکا بیشتر از سیمانهای حاوی ذرات میکرو سیلیکا می باشد. همچنین نانو سیلیکا به عنوان یک ماده پرکننده در ساختار بتن عمل کرده و افزودن 3% نانو سیلیکا به ملات سیمان باعث کاهش اندازه کریستالهای CH شده و به عبارتی جمع تر شده و در نتیجه سطح مشترک مواد واکنش دهنده مناسبتر می باشد. اضافه کردن نانو سیلیکا زمان گیرش را هم تحت تاثیر قرار می دهد به گونه ای که گیرش اولیه سریعتر شده  و تفاوت بین زمان گیرش اولیه و گیرش نهائی به دلیل کاهش نفوذپذیری (متراکم بودن ساختار نانوسیمان) بیشتر می باشد.

بحث و نتیجه گیری:

جهت پی بردن به اهمیت فناوری نانو فقط کافی است بگوئیم که این دانش در عرصه جهانی سبب کاهش 10 درصدی مصرف انرژی در دهه اول هزاره جدید خواهد شد به طوری که ارزش آن معادل یک میلیارد دلار می باشد.طبعا" به دنبال آن انتشار آلاینده های زیست محیطی نیز کاهش می یابد. هر چند برخی معتعقدند که استفاده از این تکنولوژی معضلات جدید زیست محیطی ایجاد می کند مانند تولید مواد سمی جدید.

به هر حال توسعه این دانش در تمام زمینه ها می تواند چاره گشا باشد. درایران نانو تکنولوژی بیشتر به سمت تولید مواد شیمیائی و داروئی گرایش دارد و در زمینه تولید مصالح ساختمانی و سیمانی چندان پیشرفتی نداشته است.

منابع:

1.بیتاآیتی،سمیرا فرتوس " مروری بر کاربردهای فناوری نانو در محیط زیست"

2.هدا راستگوی حقی،نسترن مظهر سرمدی " فناوری نانو و کاربرد آن در بهبود خواص بتن و فلزات"

4.صدیقه واعظی فر،هوشنگ خانی،پریناز سالمی،حمیده کلاهدوزان" نانو ذرات، روشهای تولید و کاربرد آنها در صنعت سیمان و بتن"

3.عبدالله رشیدی،فاطمه اختری،علی ترابیان " بررسی کارائی نانو فیلتراسیون در حذف کروم شش ظرفیتی از آب آشامیدنی"

5. سا یت اینترنتی  nano .   ir

6.کتاب مهندسی کنترل آلودگی هوا مترجم:ایوب ترکیان و کتایون نعمت پور

7.Air pollution theory      by crawford

تهیه و تدوین : مهندس مهدی قائدی حیدری

http://gatch.blogfa.com

افزودنی تبدیل گچ به سیمان