استفاده از فناوری نانو در توسعه سایر فناوری ها تأثیر بسزایی بر سلامت و رفاه افراد دارد. امروزه بسیاری از کشورها در استفاده از فناوری نانو و تلفیق آن با سایر تخصص ها به دستاوردهایی دست یافته اند که از آن جمله می توان به کاهش هزینه های تولید و نگهداری، کاهش مصرف انرژی و طول عمر بیشتر اشاره کرد. توانایی بالقوه فناوری نانو در تولید مصالحی که بتواند بزرگترین نیازهای بشر را برآورده کند، عامل اصلی انتخاب آن برای پروژه های آینده است؛ از آن جمله می توان به تاثیرگذاری این تکنولوژی بر صنعت بتن اشاره داشت.
نانو چیست؟
هر ماده ای که طول، عرض یا ضخامت آن کمتر از 100nm باشد، نانو نامیده می شود. برای درک بهتر اندازه این ذرات، هر یک نانومتر را باید یک هزارم میکرون یا حدود ده هزار برابر کوچکتر از موی انسان در نظر بگیرید. برای درک بهتر ابعاد این ذرات، می توانید هر نانومتر را یک هزارم میکرون یا ده هزار برابر کوچکتر از موی انسان در نظر بگیرید. لذا نانوذرات مواد بسیار کوچکی هستند. هدف اصلی از بررسی نانو مواد در صنعت بتن و ساخت و ساز، ایجاد محصولاتی با عملکرد بهتر و کاربردهای چند منظوره است. به کمک نانو می توان انواع خاصی از بتن و محصولات ساختمانی با خواص جدید و متفاوت از بتن معمولی ایجاد کرد. به عنوان مثال یکی از معروف ترین کاربردهای نانو استفاده در تولید مایع کف ساز در دستگاه فوم بتن است که امروزه در صنعت ساختمان از محبوبیت بالایی برخوردار است.
کاربرد اصلی نانو در صنعت بتن
فناوری نانو خیلی دیر در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، با توجه به استفاده گسترده از بتن و سیمان در صنعت ساختمان و اهمیت یافتن راه های جدید برای بهبود خواص بتن، اولین کاربردهای نانو در صنعت سیمان ظاهر شد. به طور کلی می توان سه کاربرد اصلی نانو در صنعت بتن را به شرح زیر در نظر گرفت.
فوم بتن، پرمصرفترین نوع بتن در آینده
یکی از کاربردهای نانو ذرات در بتن، استفاده به عنوان مایع کفزای دستگاه فوم بتن می باشد. فوم بتن نام دیگر بتن سبک است که در آن از نوعی ماده شیمیایی به نام عامل کف کننده استفاده می شود. به این دلیل که از فناوری نانو ذرات در تولید ماده کف زا استفاده می شود، به آن نانو فوم نیز می گویند. افزودن نانوفوم به بتن سبک باعث عدم افت حجم محصول می شود، خشک شدن بتن را تسریع می کند و هزینه های تولید را کاهش می دهد. همچنین با به دام انداختن هوا در داخل بتن، مقاومت حرارتی بتن را بهبود می بخشد.
بتن با کارایی بالا (HPC)؛ یکی از کاربردهای نانو
یکی از چالش هایی که در زمینه مصالح ساختمانی به وجود آمده است، بتن با کارایی بالا (HPC) است. این نوع بتن مقاوم نوعی از مواد کامپوزیتی است که از نظر دوام یکی مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده محسوب می شود. خواص، رفتار و عملکرد بتن به نانوساختار ماده پایه بتن و سیمان بستگی دارد که چسبندگی، انسجام و یکپارچگی را فراهم می کند. برای تولید بتن با کارایی بالا از روش های اختلاط در بتن معمولی و از انواع الیاف جهت مسلح کردن بتن استفاده میشود. در واقع استفاده از نانومواد در صنعت تولید مواد چند منظوره با کارایی بالا تولید می کند که به این نوع بتن MHPC می گویند.
نانو سیلیس آمورف، برای ایجاد بتن چند منظوره
سیلیس یکی از پرمصرف ترین مواد در صنعت بتن است و به دلیل خاصیت چسبندگی و پرکننده ای که دارد به ویژه در ساخت بتن با کارایی بالا استفاده می شود. در محصولات معمولی، میکرو سیلیکا یا سیلیکافیوم مورد استفاده قرار می گیرد که اندازه آن 1/10 تا 1 mm است. یکی از کاربردهای نانو در تولید بتن، استفاده از نانو سیلیس آمورف با قطر کمتر از 100 نانومتر است. این مواد معمولاً به صورت مایع برای ساخت بتن استفاده می شوند. با استفاده از نانو سیلیس آمورف می توان ویژگی هایی مانند ضد سایش، ضد لغزش، ضد حریق و ضد انعکاس سطوح را به بتن اضافه کرد.
بهبود خواص سیمان و بتن
بتن یکی از مصالح ساختمانی است که تکنولوژی امید بخش نانو، کمی دیرتر به قلمرو آن نفوذ کردهاست. افزودن مواد نانو مقیاس به سیمان می تواند خواص عملکردی آن را بهبود بخشد. مطالعات نشان داده است که استفاده از ذرات در مقیاس نانو باعث بهبود خواص مکانیکی بتن و افزایش کیفیت آن می شود. برای مثال نانو سیلیس چگالی ذرات را بهبود می بخشد و مقاومت بتن را افزایش می دهد. استفاده از دی اکسید تیتانیوم باعث بهبود خاصیت خود تمیز شوندگی و ضدعفونی بتن می شود و به بتن رنگ سفید و درخشندگی می بخشد. نانوآلومینیوم نیز محصولی است که با مقاومت بیشتر سازه در برابر بارهای وارده، مقاومت فشاری بتن را تا حدی افزایش داده و پایداری ساختمان را افزایش می دهد. نانو تیتانیوم از نفوذ یون کلر به داخل بتن و همچنین تخریب و خوردگی آرماتورها جلوگیری می کند و عمر ساختمان را افزایش می دهد.
از سوی دیگر، استفاده از پوشش های مبتنی بر فناوری نانو می تواند به محافظت از بتن در برابر شرایط محیطی خورنده مانند دریا کمک کند. علاوه بر این موارد، عملکردهای دیگری از جمله خواص الکترومغناطیسی، قابلیت بهکارگیری در سازههای اتمی و افزایش مؤثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان را می توان به بتن با عملکرد چندگانه بالا اضافه کرد.
چالش های نانوتکنولوژی در صنعت بتن
فناوری نانو مانند همه فناوریهای جدید نیازمند توجیه اقتصادی است؛ در حال حاضر گرانی نانوذرات مانع از توسعه این محصولات و استفاده از آنها در صنعت می شود. بنابراین، استفاده از فناوری نانو در صنعت بتن در مقیاس تجاری همچنان محدود به برخی از محصولات موجود در بازار است. یکی دیگر از مشکلات استفاده از نانومواد، توزیع یکنواخت آنها در ماتریس بتن است. به طور کلی، این مواد زمانی که به بتن اضافه می شوند تمایل به جمع شدن دارند و به خوبی در مخلوط پخش نمی شوند. البته برای رفع این مشکل می توان از میکسرهای قدرتمند استفاده کرد. یکی دیگر از مشکلات موجود در این زمینه، جذب آب بسیار بالای نانوذرات است. این ذرات به دلیل سطح ویژه بسیار بزرگ، آب زیادی را جذب می کنند و می توانند بر عملکرد بتن تأثیر بگذارند. در نهایت، مشکلاتی وجود دارد که باید قبل از گسترش استفاده از فناوری نانو در صنعت بتن حل شوند.
سخن پایانی
تعامل فناوری نانو با بتن می تواند نقطه عطفی در صنعت ساخت و ساز باشد. اصلی ترین هدف از بررسی بتن در مقیاس نانو، یافتن نسل جدیدی از مصالح ساختمانی با مقاومت بالاتر و خواص متفاوت در مقایسه با مصالح معمولی است. استفاده از مواد افزودنی و جایگزینی مصالح معمولی در بتن با مصالح جدید به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است. نانو موادها از سری مواد جدید هستند که خواص مکانی و فیزیکی بتن را بهبود می بخشند.
در صنعت بتن، استفاده از فناوری نانو در دهه های اخیر رو به افزایش بوده است. حدود 80 سال پیش، سیلیکا میکرون به طور گسترده ای در بتن پایه سیمانی استفاده می شد. استفاده از ذرات کوچک تر از میکروسیلیس مقاومت فشاری بتن را افزایش می دهد. با این حال، دانش و درک ضعیف از تأثیر نانوذرات در فناوری بتن مستلزم تحقیقات زیادی در این زمینه است.
