برای درک نانوفناوری در بتن ابتدا باید نانوفناوری را بشناسیم و بدانیم نانوفناوری چیست. به اختصار میتوان گفت، نانو فناوری توانایی ساخت و ساز و تحلیل مواد در مقیاس نانو متری می‌باشد. البته تعریف نانو فناوری با کاربرد آن در صنعت کیلومترها فاصله دارد و گستردگی نانوفناوری در عرصه‌های مختلف به حدی است که در ابعادی به بزرگی یک ساختمان و به کوچکی چیپ سِت‌های به کار رفته در داخل قطعات هوشمند میتوان حضور نانوفناوری را حس کرد. در این مقاله قصد داریم به نقش نانوفناوری در ساخت بتن و سازه‌های بتنی بپردازیم و بدانیم مواد نانو چطور خواص بتن را بهبود می‌بخشند و ذراتی در ابعاد نانومتر چطور می‌توانند وارد یک سازه شوند. به طور کلی، دستاوردهای فوق‌العاده‌ای در مورد پذیرش فناوری نانو در ساخت و سازهای پایدار گزارش شده است، اما اطلاعات بیشتری از آنچه به دست آمده است، برای کشف وجود دارد. برخی از پیشرفت‌ها در نانوتکنولوژی در ساخت و ساز پایدار، شامل افزایش خواص مصالح، مقاومت و دوام بتن می‌باشد. امروزه ثابت شده است که ویژگی‌های نانو ذره‌ای به اجزای تشکیل دهنده آن بستگی دارد. هر گونه تغییر در سطح نانوسکوپی بتن و اجزای تشکیل دهنده آن بر رفتار بتن از جمله ویژگی‌های مقاومت و دوام بتن تأثیر می‌گذارد. از این رو، پیش‌بینی می‌شود که عملکرد بتن و مصالح ساختمانی در آینده با استفاده از فناوری نانو با دستکاری اتم‌ها و مولکول‌های این مواد و اجزای آنها در مقیاس نانو تا حد زیادی افزایش یابد. بنابراین با اصلاح ساختار مولکولی مواد میتوان به ماده‌ای با کارایی، مقاومت و دوام بالا دست یافت. اما نانو بتن چیست و آیا ذرات نانو مستقیما بر روی بتن اثر می گذارند؟ در جواب باید گفت که خیر این طور نیست و نانو بتن در واقع بتن ساخته شده با استفاده از مصالح نانو است و در واقع خواص این مصالح است که در نهایت منجر به بهبود خواص خود بتن می شود. در ادامه مقاله نانوموتد به ظور عمیق‌تر مورد بررسی قرار گرفته است.
نانو موادها
پس از ظهور فناوری نانو، مواد جدید به دلیل اصلاحات و تغییر ساختار ماده اولیه در حال توسعه هستند. و نقش این نوع از مواد در سازه‌های بتنی ایجاد کارایی و دوام بتن است. این پدیده، امروزه کاملا بر همگان ثابت شده است. برخی از این مصالح مناسب برای بهبود خواص بتن، در زیر شرح شده است :
– نانوسیلیس ها :
نانو سیلیس از میکروسیلیس پایه تولید می‌شود. گفته شده است که این نوع از مواد، می‌توانند به بتن‌ها، استحکام و دوام بالا القا کنند. همچنین گزارش شده است که کارایی بتن را در ازای حداقل میزان دوز فوق روان‌کننده بهبود بخشد.
– نانو آلومینا :
نانو آلومینا محصول خود آلومینا است. اگرچه مطالعات محدودی در مورد استفاده از نانو آلومینا در بتن در دسترس است اما ثابت شده است، افزودن مقداری از آن به بتن، بر زمان گیرش آن تأثیر می‌گذارد. عملکرد نانو آلومینا در سیمان، سرعت بخشیدن به زمان گیرش اولیه می‌باشد و باعث کاهش جداشدگی سنگدانه ها از خمیر سیمان در بتن می‌گردد.
– نانوکائولن :
نانو کائولن محصول جانبی کائولن است. کائولن، همچنین به عنوان کائولینیت نیز شناخته می‌شود. نانو کالوئن، یک کانی رسی و سیلیکات لایه‌ای ، با ترکیب شیمیایی Al2Si2O5(OH)4 می‌باشد. این ماده در صنعت کاربرد دارد. سنگ‌هایی که سرشار از کائولینیت هستند به نام کائولن یا خاک رس چینی شناخته می‌شوند. کائولینیت حاوی ماده معدنی سفید رنگی است که به عنوان خاک رس فیلوسیلیکات دو وجهی نیز شناخته می‌شود. در واقع کائولن از خاک رس که در اثر هوازدگی شیمیایی مواد معدنی سیلیکات آلومینیوم مانند فلدسپار تولید می شود، به وجود می‌آید.
نانو بتن
فناوری نانو امکان پیشرفت‌های بزرگ در ساخت و ساز را فراهم می‌آورد. به ویژه در بتن که دارای ساختار کامپوزیت وچند فازه است. خواص بتن توسط ویژگی های مختلف اجزای تشکیل دهنده آن کنترل می‌شود. بهره‌مندی از مزایای نانوتکنولوژی برای اصلاح مواد اتمی و مولکولی اجزای مختلف بتن به منظور توسعه بتن تقویت‌شده مزیت بزرگی محسوب می‌شود یکی از پیشرفت‌های جدید در فناوری نانو، توانایی آن در استفاده از مواد بازیافتی است. اعتقاد بر این است که فناوری نانو می‌تواند برای پوشش یا ترمیم و بازسازی‌های سامانه‌های بلا استفاده نیز موثر واقع شود. اگر بتوان فرآیندهایی را توسعه داد که خواص نامطلوب سنگدانه‌های در معرض رطوبت و هوا را اصلاح کند، بسیاری از منابعی که در حال حاضر برای برخی از مصارف بتن مجاز نیستند، می‌توانند قابل قبول واقع شوند. در اینصورت ساخت بتن، اقتصادی‌تر شود. این احتمال وجود دارد که نانوتکنولوژی قادر باشد ابزارهایی را برای اصلاح انقباض سیستم‌های سیمانی هیدراته، کاهش یا حتی حذف تعداد اتصالات مفصل مورد نیاز، به حداقل رساندن پیچش با کاهش حجم بتن، کاهش میزان رطوبت و… ارائه دهد.
مزایای نانو بتن
- توسعه نسل جدیدی از مصالح بتن با کارایی بالا با توجه به خواص مکانیکی و دوام آنها برای ساخت و ساز پایدار.
- کاهش هزینه ساخت و مصرف انرژی و بهبود خواص بتن.
- ایجاد تحول در مصالح سیمانی
از چه مصالحی به عنوان مصالح سنگدانه برای ساخت نانو بتن استفاده میشه؟