چکيده
امروزه استفاده از فناوری های نوین در صنعت بتن باعث بهبود در کیفیت و سطح بهره برداری از آن در سازه ها گردیده است. نانو بتن یک فناوری نوین در این زمینه بوده که با استفاده از خاصیت نانو تکنولوژی بتنی مرغوب تر و با خواص مناسب تر ایجاد شده است. از فناوری نانو در بسیاری از مقاطع صنعتی و پوشش های عایق در صنعت ساختمان می توان بهره گرفت. مواد نانويي داراي خواصي هستند که آنها را از ديگر محصولات مشابه متمايز مي کند که مي توان از جمله خواص آنها به عايق حرارتي بودن، عايق رطوبتي و خاصيت ضد خورندگي آنها جهت محافظت از فلزات و لوله ها اشاره کرد. نانو لوله هاي کربني جزء مقاوم ترين مواد ساخته شده به دست بشر مي باشند که مقاومت آنها حدود صد برابر بيشتر از فولاد بوده و وزن آنها حدود شش برابر کمتر از فولاد است. و از آنها مي توان به عنوان سيم هاي مقاوم در بالابرها و به عنوان رشته هاي کربني جهت ساخت بتن مسلح استفاده کرد. به کمک مواد نانويي مي توان خواص بتن را تا حدود زيادي بهبود بخشيد وبا اضافه کردن مواد نانو به بتن ، يک نمونه بتني با کمترين خلل و فرج و بالاترين مقاومت نسبت به موارد مشابه را خواهيم داشت و از آن در ساخت انواع مخازن آب شرب بتنی بهره گرفت.
سوالات تحقيق:
این تحقیق به دنبال یافتن کاربرد فناوری نانو در صنعت بتن و ساختمان می باشد تا این تکنولوژی بیشتر معرفی گردیده و کاربرد های خاص آن مشخص گردد. و بتوان با معرفی هر چه بیشتر این فناوری و خواص ویژه آن مقایسه ای بین وجود و عدم وجود این تکنولوژی در صنعت ساختمان و بتن انجام پذیرد. و مهمترین مسئله ای که مطرح می شود این است که آیا مخازن بتنی ساخته شده با این فناوری قابلیت تحمل نیرو های وارده و دوام لازم را دارند یا خیر.
روش تحقیق:
با جمع آوری اطلاعات و بررسی کاربرد این علم در صنایع مختلف و مشخص نمودن خواص ویژه مواد نانو تکنولوژی سعی در بهبود کارایی این علم در عرصه ساختمان و صنعت بتن شده است. و با مقایسه کاربرد این علم در سازه ها و بتن دارای این فناوری و فاقد این تکنولوژی به بررسی هر چه بیشتر این علم پرداخته شده است. با بررسی مخازن آب شرب که با فناوری نانو بتن تولید شده اند و با مدل سازی این نوع بتن و ساخت مخازن مختلف با کمک نرم افزار SAP2000 به بررسی عملکرد این نوع بتن پرداخته شده است.
نتیجه گیری:
نتایج بدست آمده از آنالیز نرم افزاری و بررسی دیگر خواص مواد نانو تکنولوژی نشان می دهد که مخازن بتنی عظیم ساخته شده به کمک مواد نانو بتن دارای کیفیت مناسب تر ، مقاومت بیشتر در برابر بارهای وارده ، با دوام تر و با کمترین خلل و فرج ممکن در نگهداری منابع آب هستند ، و باعث صرفه اقتصادی زیادی در طول عمر سازه می گردد.
1.مقدمه :
فناوري نانو دانش مهندسي در سطح ملکول هاست. و نانو درباره مقياسي بسيار کوچک يعني 10-9 صحبت مي کند و اين واژه اصطلاحي کلي براي بخشي ازفناوري ها ، تکنيک ها و فرايند هاست که شامل دستکاري و توليد مواد در کوچکترين مقياس ممکن است. در اين مقياس ذرات از قوانين فيزيک و شيمي کلاسيک پيروي نمي کنند و با دنيايي کاملا متفاوت روبرو هستيم. امروزه صنايع مختلف به کمک فناوري نانو به پيشرفت هاي چشمگيري در حوزه فناوري دست يافته اند.
اهميت اين علم در کشورهاي صنعتي باعث شده است که دولت ها سرمايه گذاري کلاني را روي اين بخش داشته باشند. درآمد بالا و اشتغال زايي در سالهاي آينده از نتايج پيش پيش بيني شده اين دانش و فناوري است. از سال 1994 تا 2004 سرمايه گذاري جهاني روي نانو تکنولوژي 10 برابر شده و اختراعات زيادي نيز در اين زمينه ثبت گرديده است. يکي از شاخه هاي کاربردي نانو فناوري درصنايع مختلف پوششش نانويي است. پوشش هاي نانو ساختار در بسياري از موارد نسبت به پوشش هاي معمولي داراي داراي مزاياي بسياري هستند که از جمله آنها مي توان به مقاومت در برابر خوردگي ، افزايش سختي ،کاهش سايش و پوسيدگي ، کمتر شدن آلودگي هاي محيط و غيره اشاره کرد. نانو پوشش ها از جمله مواردي هستند که در مقايسه با ديگر صنايع ، فناوري نانو با سرعت بيشتري در آنها رشد پيدا کرده است.
فناوري نانو در صنايع مختلف کاربرد هاي فراواني دارند که در زير به پاره اي از آنها اشاره مي کنيم.
و کاربرد هاي ديگر در صنايع گاز و پتروشيمي ، پليمر ، کشاورزي و محيط زيست و ... . دارند. که باعث بهبود در کيفيت و ويژگي مواد مختلف مي شوند. امروزه از اين مواد در جهت عايق کاري در برابر حرارت ، صوت و رطوبت و کاهش خوردگي مواد به ويژه فلزات استفاده مي شود.
نانو لوله هاي کربني از جمله مهمترين محصولات اين صنعت بوده که ساخت آنها نيازمند حرارتي بسيار بالا جهت ترکيب مجدد لوله هاي کربني مي باشد و گازي که منبع کربن به شمار مي رود به درون محفظه توليد نانو لوله تزريق مي شود. نانو لوله هاي کربني از جمله مقاوم ترين موادي هستند که به دست انسان توليد شده اند. وقتي نانو لوله ها شکل گرفتند مقاومت آنها صد ها برابر بيشتر از فولاد و وزن آنها شش برابر کمتر از فولاد است. و از آنها مي توان در جهت ساخت سيم هاي مقاوم در بالابر ها ، پل هاي معلق ، انواع سازه هاي کابلي و همچنين به عنوان رشته هاي الياف کربني جهت مسلح کردن بتن در ساختمانهاي بتن آرمه و بالا بردن ضريب مقاومت انواع ساختمانها در برابر زلزله و ..... استفاده کرد.
مواد مختلفي از جنس نانو در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد ، که هر يک داراي خواص منحصر به فردي هستند. در زمينه هاي مختلف عمران مواد نانويي وارد گرديده اند و با توجه به خواص منحصر به فرد هر يک از مواد در قسمت هاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند . از جمله به مهمترين خواص اين مواد مي توان به عايق حرارتي ، رطوبتي و صوتي بودن اشاره کرد. استفاده از انواع پوشش هايي که باعث ضد خوردگي ، سايش و محافظت در مقابل حمله عوامل شيميايي مي شوند نيز از جمله مزاياي استفاده از اين نوع مواد است. و در جدول زير خواص بسياري از مواد صنعتي ساخته شده از نانو به صورت مقايسه اي آورده شده است.
در حال حاضردر صنعت ساختمان پوشش هاي داراي مواد نانو ساختار براي استفاده در صنايع مختلف جهت کاهش هزينه هاي مصرف انرژي ، عايق کاري ايده آل ، کاهش هزينه هاي ناشي از خوردگي فلزات به ويژه انواع لوله هاي ساختماني ، کاهش انتشار سرب در اطراف محيط زندگي و نيز محافظت از سطوح در برابر رطوبت ، کپک و قارچ در نظرگرفته شده است. از مهمترين کاربرد هاي فناوري مواد نانويي وجود مواد عايق مناسب در برابر حرارت در صنعت ساختمان است . استفاده از آن بسيار بهتر از موادي مانند پشم شيشه است. و چون پشم شيشه 40 تا 70 درصد تاثير خود را در اولين سال پس از نصب به علت حضور رطوبت و آلودگي محيطي از دست مي دهد. و فضاي خالي پشم شيشه به جاي هوا از رطوبت و يا عوامل ديگر پر مي شوند و خاصيت عايق بودن خود را برابر حرارت را از دست مي دهند. از جمله ديگر خواص مواد نانو مي توان به عايق بودن در برابر رطوبت اشاره کرد. همچنين رنگ هاي نانويي و موادي ديگر از جنس نانو خاصيت ضد خوردگي فلزات را دارند. با استفاده از رنگ هاي نانو در صنعت ساختمان مي توان خانه را براي هميشه عايق کاري کرد.
اگر بخواهيم تعريفي کلي از بتن و ناتراوايي داشته باشيم اين گونه آغاز مي کنيم که بتن مخلوطي است ساخته شده از دانه هاي سنگي است که سيمان بعنوان چسباننده به آن اضافه ي گردد. و آب و افزودني هاي شيميائي ( که براي بهبود کيفيت بتن يا ايجاد برخي کارايي هاي خاص مانند رواني بيشتر بدون افزايش آب ، مقاومت در برابر يخ زدگي و ... استفاده مي شوند) جهت توليد بتن بکار مي روند، اين مخلوط بر اثر فعل و انفعالات شيميائي ترکيبات سيمان پس از جا دادن در قالب سخت شده و به شکل قالب خود در مي آيد ، بتن را با توجه به مقاومت فشاري و برشي آن ، اصطلاحا سنگ مصنوعي مي نامند ، بتن از نظر مقاومت کششي و پيچشي ضعيف مي باشد که اين ضعف آنرا با مسلح نمودن بوسيله آرماتور گذاري رفع مي نمايند ، يکي از کاربرد هاي بتن ساخت مخازن ذخيره آب شرب مي باشد و لذا طراحان و مجريان مخازن انتظار دارند بتن هاي بکار برده شده در مخازن علاوه بر حفظ خصوصيات پيش گفته مظروفش يعني آب را از خود عبور نداده و حتي در مقابل تراوش آب از جسم خود مقاوم باشد ، براي ايجاد اين خصيصه در بتن ( در عين حال حفظ مقاومت ) به طرح اختلاط خاص ، مواد افزودني شيميائي ، فيلر يا پر کننده مضاف و بسياري تمهيدات ديگر نياز مي باشد ، که امروزه ساخت بتن هاي آب بند يا ناتراوا را به يک تخصص و علم خاص بدل نموده است و اجراي مخازن آب بتني نياز به تجربه بالائي در اين زمينه دارد ، شايان ذکر است نگهداري و عمل اوري بتن تا کسب مقاومت 28 روزه نيز يکي از موارد مهمي است که مي بايست با استفاده از روشهاي مختلف انجام گردد .حال به کمک فناوري نانو سعي شده است که به يک نمونه بتن با خواصي که در بالا ذکر شد دست يافت. نمونه بتني ساخته شده به کمک فناوري نانو علاوه بر داشتن مقاومت مناسب کاملا آب بند بوده و در ساخت انواع مخازن آبي مي توان از آن بهره گرفت. علاوه بر آن پوشش هاي از جنس نانو توليد گرديده که خاصيت ضد جلبک ، قارچ و باکتري را داشته و از آنها مي توان جهت تهيه مخازن آب شرب نيز استفاده کرد و به عنوان يک عايق رطوبتي مناسب کاربرد دارد. مواد نانويي جديدي توليد گرديده که در صورت وجود حفره يا خلل و فرج فراوان در سطح بتن مي توان آنها را به سطح بيروني و دروني بتن تزريق نمود ، اين مواد پس جايگيري در بتن اندکي افزايش حجم داده و با محيط بتني خود يکي مي گردند و سطح را کاملا آب بند مي نمايند ، از اين شيوه در بدنه سدهاي بتني و مخازن عظيم ذخيره آب استفاده مي گردد.
چنانچه در طرح اختلاط بتن نسبت آب به سيمان از مورد نظر جهت هيدراتاسيون بتن بيشتر گردد باعث به وجود آمدن خواص نامرغوبي در سطح بتن از جمله کرمو شدن بتن مي گردد. جهت کاهش مصرف آب در ساخت بتن و بالا بردن کارايي بتن از روان کننده ها و سوپر روان کننده ها استفاده مي گردد. امروزه در صنعت شيمي روان کننده هايي بسيار مرغوب با خواص بهتر از انواع مشابه آن را به کمک موادي از جنش نانو توليد مي نمايند تا بتوان با مصرف مقدار کمتر روان کننده ، بتن مورد نياز را توليد کرد و در هزينه هاي بعدي صرفه جويي بسيار نمود.
امروزه جهت ساخت انواع بتن ها مي توان از فناوري نانو استفاده کرد. به عنوان مثال اگر بخواهيم بتني با قابليت کششي يا فشاري بالا ايجاد کنيم مي توان از لوله هاي نانو کربني که به شکل رشته ها و الياف هاي ريز در آمده اند جهت مسلح کردن بتن بهره بگيريم. و همچنين از فناوري نانو مي توان جهت توليد انواع سوپر روان کننده جهت کارايي بهتر بتن و کاهش نسبت آب به سيمان و در نتيجه بهبود کيفت بتن استفاده کرد.
امروزه موادي از جنس نانو توليد گرديده که مي توان با تزريق آن به بدنه انواع سدها و مخازن آبي از خروج آب جلوگيري کرد و همچنين خلل و فرج به وجود آمده در سطح بتن را کاهش داد. و اگر در هنگام بتن ريزي ضعفي در قسمت هايي از بتن به وجود آمده باشد آن را ترميم نمود. همچنين مي توان از آن به عنوان چسب بتن در انواع صنايع بتني و ساختماني استفاده کرد.
همچنين در توليد سيمانهاي پوزولاني از مواد نانو جهت پوزولان هاي نانويي استفاده مي شود و علاوه بر کاهش هزينه به کيفيت سيمان جهت انجام بتن ريزي مناسب تر مي افزايد. فناوري نانو مي تواند به مقاوم سازي بتن ها كمك كند و همچنين روكش هاي ضد خوردگي فولاد با استفاده از اين فناوري توليد مي شود.
يكي از روش هاي محافظت از بتن هاي در معرض شرايط محيطي خورنده، مانند محيط هاي دريايي و آبي، استفاده از روكش هايي است كه نفوذ عوامل مخرب خارجي را به درون بتن سد و مخازن آبي کاهش مي دهند. اين روكش ها عموملا خاصيت آب گريزي دارند و از اين رو عملکردشان كمي با روكش هاي سنتي موجود متفاوت است. همچنين مي توان از اين روكش ها جهت پوشش دهي سطح لوله هاي بتني به كار رفته در فاضلاب (كه در معرض محيط هاي خورنده بيولوژيكي هستند) و يا شمع هاي بتني و بسياري موارد ديگر استفاده كرد.
شركت آلماني BASF محصولي با نام تجاري EMACO NANOCRETE توليد كرده است كه با اضافه شدن به ملات تعميرات ، بتن را ترميم مي كند. استفاده از اين مواد علاوه بر افزايش استحكام بند كشي، تراكم و نفوذ پذيري را بهبود مي دهد و با كاهش زمان ، كاهش هزينه ها را نيز در بر دارد.
پوشش هاي نانو كامپوزيتي مهندسي توليد شده با استفاده از نانو ذرات سراميكي كه توسط شركت آلماني INOCERMIC GMBH به بازار عرضه شده است نيز پوشش هاي مقاومي براي بتن ايجاد مي كند. اين پوشش خلل و فرج سطح بتن را پر كرده و براق مي كند و علاوه بر اين در برابر شرايط بد آب و هوايي، حلال ها، پاك كننده هاي صنعتي و خوردگي مقاوم است.
آب يکي از منابع اصلي صدمه به بتن ها و ديگر مواد است. تمام بتن ها حتي بتن هايي كه از کيفيت و استاندارد بالايي برخوردارند نيز داراي ميکروترک ها و مجراهاي بسيار باريکي هستند که باعث عبور آب از ساختار آنها شده ، به تدريج باعث از بين رفتن کيفيت بتن و خوردگي آن ميشود. به اين نوع جذب آب، جذب موئينگي گفته ميشود. در گذشته براي کاهش جذب آب و محافظت بتن از خزه ها، جلبک هاي دريايي و صدمات نمک ، از آسترهاي سطحي استفاده ميکردند؛ ولي با استفاده ازمحافظ نانويي، ميتوان استفاده از آسترهاي سطحي را کاهش داد و يا کاملاً حذف كرد.
نام تجاري اين آستر محافظ 3001 NANOVATIONS ، است و به جاي اينکه صرفاً روي سطح بنشيند، يك جزء دائمي از بتن، سنگفرش، آجر و سفال سقف ها بوده ، مي توان آن را در هنگام توليد اين مصالح ساختماني، بدون تغيير خط توليد و ماشن آلات، به فرايند توليد اضافه کرد. شکل 4 ، 5 ،6 قطرات جذب نشده ي آب را بر روي سطح يک بتن و مقاومت در مقابل جذب آب که از محصول 3001 در ساخت آن استفاده شده است را نشان ميدهد. و شکل 7 افزایش مقاومت بتن در مقابل نمک ها را نشان می دهد.
7. مزاياي اين محصول :
1- افزايش مقاومت بتن به نفوذ آب، شوره زدگي، جلبک هاي دريايي و خزه؛
2- تطابق مواد بتنی با محيط زيست؛
3- تغيير نكردن در استحکام بتن؛
4- حذف استفاده از آسترهاي سطحي گران در پوششی های بتنی؛
5- جلوگيري از تغيير رنگ بتن ها و حفظ خواص ظاهري آنها؛
6- استفاده در انواع پل ها ، سازه ها و مخازن بتني؛
7- بتن هاي معماري پيش ساخته.
و .....
براي ساخت اين محصول از ذرات ريز 100 نانومتر استفاده شده است . در ساخت بسیاری از مخازن آب شرب بتني مي توان به همان روش هاي معمولي قديمي مخزن را ساخت و در جهت آب بند کردن بهتر آن و همچنين محافظت در مقابل عواملي مانند باکتري ها ، خزه ها ، جلبک ها و نمک ها ويا افزايش عمر مفيد مخزن می توان از آسترهای نانويي بهره گرفت و در هزينه هاي بعدي صرفه جويي به عمل آورد.
8. سيمان و بتن بهبود يافته با استفاده از فناوري نانو :
امروزه سيمان با توجه به كاربردهاي مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمي در زندگي بشر ايفا مي كند. از سوي ديگر مسأله زمان نيز از موضوعات اقتصادي حائز اهميت براي صاحبان صنايع به شمار مي آيد و كاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادي قابل توجهي را به دنبال خواهد داشت. با توجه به رشد سريع تحقيقات علمي و عملي علوم و فنون نانو در تمامي علوم و صنايع ، بايد اذعان داشت كه توجه كمي به كاربردهاي اين پديده در استفاده از سيمان و تركيبات آن شده است. ولي اخيراً توجه به استفاده از تقويت كننده ها و استحكام دهنده هاي مدرن در مصالح ساختماني، موج جديد علم نانو نيز با شتاب فزاينده اي صنايع مرتبط با سيمان را در بر گرفته است. روش ها و مواد مختلفي با استفاده از علم نانو براي رفع مشكلات موجود در زمينه سيمان و بتن پيشنهاد شده و به كار گرفته شده اند. که بسیاری از آنان عبارتند از:
- از جمله استفاده از نانو سيليس كه متشكل از ذراتي است كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطر كمتر از ۱۰۰ نانومتر يا به صورت ذرات خشك پودر يا به صورت معلق در مايع محلول، قابل انتشار است. البته مايع آن معمول ترين نوع محلول نانوسيليس است و البته نانوسيليس معلق خواص چند منظوره از خود نشان مي دهد مانند : سرعت گيرش بسيار بالا، خاصيت ضد سايش، ضد لغزش، ضد حريق و ضد انعكاس سطوح كه در نتيجه از اين روش در ساخت تونل، آب بندي مخازن و ديگر سطوح ، معدن كاري و تثبيت شيب ها استفاده مي شود.
- روش ديگر استفاده از نانو لوله هاي كربني است. آنها به عنوان يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره مي توانند در نقش الياف مسلح كننده مناسب مواد ، مورد استفاده قرار گيرند. به طور كلي استفاد از نانو ذرات از جمله نانو لوله ها در بتن ، هر چند كه در واكنش هاي هيدراتاسيون شركت نكنند، به دليل نقشي كه به لحاظ فيزيكي در پر نمودن حفره هاي بسيار كوچك خمير سيمان دارند، مي توانند تأثير مناسبي در بهبود زير ساختار و در نتيجه خواص مقاومتي و دوامي بتن داشته باشند. و علاوه بر افزايش مقاومت بتن ديگر خواص بتن را بهبود بخشند. بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي برای به دست آوردن هدف اصلي ذكر شده به عنوان مصالح ساختماني با عملكرد بالاي چند منظوره را بازي مي كنند.
- در روش ديگر استفاده از ذرات سيمان در ابعاد نانو است ، چرا كه كاهش اندازه ذرات سيمان تا ابعاد نانو مقياس، موجب تسريع در سفت شدن آن مي شود و لذا واكنش پذيري اوليه آن ۱۰ برابر بيش از سيمان هايي است كه به روش هاي معمولي تهيه شده اند؛ البته اين سيمان بسيار متخلخل بوده و پايداري اش نسبت به سيمان هاي معمولي كمتر است و هنوز براي كارهاي ساختماني مدرن كه مستلزم تحمل بار زياد است، مناسب نيست. لذا از اين نانو سيمان در نوسازي يا عايق كاري كاربردهايي كه نياز چنداني به استحكام در برابر فشردگي ندارند و تركيب آنها با مواد معمولي به بهبود سخت شدگي آنها كمك مي كند ، استفاده مي شود، همچنين اين سيمان در كاربردهاي هزينه بر، كوچك مقايس به ويژه اتصالات ساختماني يا به صورت تركيبي با فرمول ها موجود كه به تسريع كار آنها كمك مي كند ، نيز كاربرد دارد.
- در مورد نانو بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوام و خواص مكانيكي بهتر، مي توان به بتن با عملكرد بالاي چند منظوره ( MHPC) خواص ديگري را اضافه نمود ، از جمله مي توان خاصيت الكترومغناطيسي، و قابليت به كارگيري در سازه هاي اتمي ( محافظت از تشعشعات) و افزايش مؤثر بودن آن در حفظ انرژي ساختمان را نام برد.
- شركت سوئدي NANO Product Corp از نانو ذرات سيليكات كلسيم در سيمان استفاده كرده است و سيمان حاصل قابليت كاربردي در دماهاي بالا را دارد كه در چاه هاي عميق نفتي و چاه هاي ژئوترمال به كار برده مي شود.
- شركت Industrial Specialties محصول نانو افزودني CEMBINDER را توليد مي كند كه از سيليكاي آمورف در ساختن آن استفاده شده و به واسطه دانه ريز بودن ذرات تشكيل دهنده اش، خواص ويژه اي از لحاظ پايداري، كيفيت و قابليت استفاده شده، به سيمان چاه ها مي دهد. همچنين دوغاب سيمان حاصل ، كاملا پايدار مي شود و آب اضافي حذف مي گردد. ضمنا با توجه به داشتن وزن مخصوص مناسب CEMBINDER در دوغاب هاي سبك، بسيار عالي عمل مي كند. در حفاري آب هاي عميق و بسيار عميق نيز كه دماي سطح زمين پائين است ، CEMBINDER خواص مطلوبي از جمله تراكم پذيري اوليه و زمان بندش مناسب به سيمان مي دهد و لذا با توجه به اينكه زمان گيرش سيمان حاصل كاهش مي يابد WOC كمتر شده و حفاري تا عمق بيشتري ادامه پیدا مي كند.
پس اگر بتوانيم سيماني با گيرش مناسب و خواص مطلوب توليد کنيم يکي از مهمترين مصالح در توليد بتن را بهبود بخشيده ايم و بتن توليدي کاملا مرغوب بوده و بهترين گزينه در جهت آب بند ساختن مخازن آب شرب مي باشد و کمترين اتلاف منابع و سرمايه را به دنبال خواهد داشت. کاهش مشکلات زيست محيطي از ديگر خواص استفاده از مواد نانو مي باشد.
امروزه پيشرفت چشمگير در صنعت و تكنولوژي بتن و نو آوري هاي روز افزون از جمله فن آوري نانو ايجاب مي كند تا در زمينه مصالح و روشهاي ساختماني، امكان توليد و دستيابي به "نانو بتن" پوزولاني بصورت كاربردي موردكاوش هرچه سريعترقرارگيرد.
به منظور اينكه بتوان تكنولوژي نانو را در بتن در صنعت خصوصا صنايعي كه در آنها مصرف بتن زياد مي باشد نظير پروژه هاي سدسازي و توليد مخازن بزرگ آبي به عرصه ظهور رساند، نياز به تحقيقات فوري الزامي مي باشد ، تا بتوان مزاياي چنين تكنولوژيي را بوضوح توسط محققين شناسايي و ارائه كرد.
بیشتر بدانید : بررسی مشخصات عمومی و ساز و کار عمل فوق روان کننده ها
امروزه با طراحي و ساخت بتن پوزولاني حاوي نانو ذرات سيليس (NANO Silica) ، اثرات و خواص اين ماده در بتن داراي سيمان تيپ ٢ مورد نقد و بررسي قرار گرفته و خواص مكانيكي از قبيل مقاومت فشاري، و مقاومت كششي در سنين مختلف در بتن پوزولاني معمولي مورد آزمايش قرار گرفته است. به منظور ارزيابي بهتر، نتايج با سه نوع بتن شاهد (فاقد نانو ذرات )، حاوي پودر ميكروسيليس و حاوي محلول نانو و ميكرو سيليس مقايسه شده است. همچنين چهار نوع بتن معرفي شده با بتن سنتي معمولي (فاقد پوزولان) مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج بدست آمده حاكي از بهبود خواص مكانيكي بتن حاوي ذرات نانوسيليكا نسبت به نمونه هاي بتني شاهد به علت پر كردن بيشتر خلل وفرج بتن در مقياس نانومتر مي باشد.که يک از بهترين گزينه ها درساخت سدها و مخازن است. در قسمت بعدی یک مدل مخزن آب شرب بتنی به شکل استوانه ای به کمک نرم افزار SAP2000 مدل شده است. مدل ایجاد شده در دو حالت استفاده از بتن معمولی و نانو بتن دارای رشته های نانو رشته های کربنی با یکدیگر مقایسه شده است.
9. مدل سازی مخزن بتنی آب شرب به کمک نرم افزار :
در اینجا یک مخزن بتنی آب شرب استوانه ای به کمک نرم افزار SAP2000 در دو حالت زیر با یکدیگر مقایسه گردیده است. در حالت اول از بتن معمولی با میلگرد های فولادی جهت ساخت مخزن استفاده گردیده است. و در حالت دوم از نانو بتن که با کمک رشته های نانو کربنی مسلح گردیده استفاده شده است. از آن جا که رشته ها و لوله های نانو کربنی جزء مقاوم ترین مواد ساخته دست بشر می باشند و مقاومت آنها حدود صد برابر بيشتر از فولاد بوده و وزن آنها حدود شش برابر کمتر از فولاد است. بنابراین بتن ساخته شده با این رشته ها دارای خصوصیات بهتری خواهد بود. حال اگر از سیمانهای دارای نانو سیلیکات نیز استفاده کنیم بهترین گزینه بتنی برای ساخت مخازن آب شرب را ایجاد کرده ایم. فرضیات در نظر گرفته شده برای ساخت مخزن استوانه ای بتنی عظیم به صورت زیر می باشد. کلیه واحد های در نظر گرفته شده به صورت Kg f-m-c می باشد.
در حالت اول از بتن معمولی تیپ II برای ساخت مخزن استفاده شده است. و جهت مسلح سازی آن نیز از میلگردههای معمولی آج دار با مشخصات زیر استفاده شده است. در حالت دوم از بتن ساخته شده با سیمانهای نانو سیلیکات استفاده شده و برای مسلح سازی آن نیز از رشته های نانو کربن استفاده شده است. کلیه مشخصات آنها به صورت زیر می باشد.
بیشتر بدانید : بررسی نسبت آب به سیمان در بتن های ناتراوا
در حالت دوم که در مدل سازی طرح از نانو بتن استفاده می شود به جای فولاد و میلگرد مصرفی از رشته های نانو کربنی استفاده می گردد که مقاومت آنها را حدود 100 برابر فولاد در نظر گرفته و وزن آنها حدود 6 برابر کمتر در نظر می گیریم. در بکاری بتن ساخته شده با سیمانهای نانو سیلیکات نیز مشخصات بتن تولیدی در مدل دوم را اصلاح می نماییم. شکل مدل ساخته شده در نرم افزار در تصویر 8 نشان داده شده است.
در اینجا از پوسته های بتنی نازک جهت مدل سازی استفاده شده است که اگر از پوسته های بتنی ضخیم استفاده گردد می توان از آن به عنوان سیلو های ذخیره نیز استفاده کرد. بررسی های انجام شده به کمک نرم افزار نشان می دهد که مدل سازی در حالت دوم که با کمک نانو بتن ایجاد گردیده قابلیت تحمل نیرو و فشاری چندین برابر حالت اول را دارد و همچنین در عمل علاوه بر بهبود کیفیت بتن تولیدی ، دارای دوام و طول عمر بیشتری نیز می باشد. در شکل زیر میزان نیرو و فشار قابل تحمل در دو حالت مدل سازی را نشان می دهد. همچنین به علت سبک بودن رشته های نانو کربن نسبت به فولاد و کیفیت بهتر نانو سیلیکات بتنی وزن کل سازه کمتر شده و این در مقابل زلزله یک فاکتور مناسب محسوب می شود.
بنابراین سازه ایجاد شده در حالت دوم دارای مقاومت و استحکام بیشتری در مقابل بار های وارده داشته و طول عمر مفید تر ی دارد. با وجود این باید در نظر داشت که ساخت مدل دوم احتیاج به دقت و نظارت بیشتری دارد و باید مسائل اقتصادی را نیز در نظر گرفت که با توجه به افزایش طول عمر مخازن آب شرب ، کاهش نشتی مخزن و افزایش مقاومت آن در مقابل بار های وارده قابل توجیه خواهد بود.
10. نتيجه گيري :
امروزه استفاده از نانو تکنولوژي در بسياري از صنايع از جمله صنعت توليد بتن جهت دستيابي به بالاترين کيفيت يک راهکار عملي بوده و با کمک اين فناوري يک محصول کاملا مقاوم ، با دوام در مقابل انواع عوامل مخرب طبيعي و غير طبيعي ، با کيفيت و عايق رطوبتي در جهت آب بند کردن مخازن و ساير قسمت هاي بتني خواهيم داشت. اين تکنولوژي در کشور ما از جايگاه بسيار مناسبي برخوردار است و به عنوان يک علم نوين همچنان راهگشاي بسياري از مشکلات ما در بسياري از صنايع خواهد بود.
با توجه به جدید بودن بسیاری از مباحث نانو تکنولوژی ، مطالعات و تحقيقات بسياري در اين زمينه همچنان ادامه دارد. کار و تحقیق در زمینه فناوري نانو نياز به آزمايشگاه فوق العاده مجهزي جهت انجام بررسي هاي دقيقتر دارد. در اینجا با توجه به بررسی های انجام شده روی مواد نانو تکنولوژی و مدل سازی های انجام گرفته به کمک نرم افزار نشان می دهد که در ساخت مخازن عظیم آب شرب بتنی با استفاده از مواد نانو بتنی می توان یک سازه کاملا مقاوم ، پایدار ، با دوام ، سبکتر و با کمترین خلل و فرج ممکن ایجاد نمود و سالیانه از هدر رفتن مقادیر زیاد آب آشامیدنی اجتناب کرد و در طول عمر سازه باعث صرفه جویی اقتصادی فراوانی خواهد شد.
اميد واريم که با تلاش جوانان عزيز در اين زمينه شاهد نوآوري هر چه بيشتر در اين صنعت باشيم و دانشجويان ، اساتيد و محققان ، وقت بيشتري را صرف مطالعه و تحقيق در اين زمينه نمايند و ديگر ارگانها امکانات و تجهيزات مناسبي را جهت بررسي اين علم نوين در اختيار علاقمندان قرار دهند.
منبع : سایت بتن پلاست
