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 :افزودنی تبدیل گچ به سیمان
