منتشر شده: شنبه, ۲۲ آوریل ۲۰۲۳
اصلاح شده: جمعه, ۲۲ سپتامبر ۲۰۲۳
نانوحباب ها و اثرات مثبت آن بر مقاومت مکانیکی بتن
مقدمه
بتن یکی از مصالح ساختمانی مورد استفاده اصلی است و جایگزینی بتن با سایر مصالح طبیعی تقریبا غیرممکن است. سیمان جزء اصلی آماده سازی بتن است. با این حال، مصرف انرژی در صنعت سیمان مقادیر زیادی سوخت فسیلی را مصرف می کند و با انتشار مداوم دی اکسید کربن مسائل زیست محیطی جدی از جمله آلودگی هوا، تغییرات آب و هوا و گرم شدن زمینرا ایجاد می کند. به عنوان مثال، حدود 900 کیلوگرم CO2 با تولید یک تن سیمان منتشر می شود، که به این معنی است که تقریبا دو سوم انتشار CO2 جهانی توسط صنایع سیمان تولید می شود. بنابراین، مواد و سیستم های جایگزین سازگار با محیط زیست نیاز به توسعه و ارزیابی برای کاهش گرمایش جهانی و سایر مسائل زیست محیطی دارند.
برای اولین بار، فناوری نانو توسط ریچارد فاینمن معرفی شد. در دسامبر سال 1959، او یک سخنرانی به نام "در پایین اتاق زیادی وجود دارد" و نانوتکنولوژی را معرفی کرد.
نانوحباب ها حباب های بسیار کوچکی با قطر کمتر از 200 نانومتر هستند و می توانند برای مدت طولانی در آب باقی بمانند. فناوری نانوحباب‌ها در زمینه‌های مختلفی مانند پوشش و تمیز کردن سطح، حذف آلاینده‌ها، تصفیه آب، مهندسی زیست پزشکی و انقباض، بهبود شناورسازی مواد معدنی بسیار ریز و آزادسازی انرژی هنگام فروپاشی و تخریب حباب‌ها به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اهمیت نانوحباب ها در استحکام مخلوط سیمان
همانطور که قبلا ذکر شد، نانوتکنولوژی شاخه‌ای از علم است که به درک و کنترل ساخت مواد در ابعاد نانو مربوط می‌شود. مطالعه بتن و سیمان خمیری در مقیاس میکروسکوپی و ماکروسکوپی برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها اهمیت دارد.
استحکام یک مخلوط سیمان را می توان با افزودن مواد نانو مانند الیاف فولادی، الیاف شیشه، الیاف پلیمری، فیبر کربن و نانولوله های کربنی (CNTs) و اکسید گرافن (GO) بهبود بخشید. با این حال، هر یک از این فناوری ها نقاط قوت و ضعف خود را دارند.
یکی از روش‌هایی که اخیراً برای تقویت مخلوط سیمان و فعال‌سازی واکنش هیدراتاسیون سیمان استفاده شده است، استفاده از میکروحباب‌ها در آب اختلاط است. نانوحباب ها باعث افزایش pH، اکسیژن محلول(DO)، رسانندگی الکتریکی(EC)،کدورت و محتوای نیتروژن در آب می شوند و در نتیجه مقاومت فشاری سیمان را در مقایسه با استفاده از آب بهبود می بخشند. مهم ترین ویژگی نانوحباب ها هزینه بسیار پایین تولید، سرعت تولید بالا و در دسترس بودن آن در هر مکان و زمانی است
بر اساس مطالعات متعدد، استفاده از نانوحباب ها باعث بهبود خواص مکانیکی بتن مانند مقاومت فشاری و کششی می شود. یکی از مطالعات نشان می‌دهد که استفاده از نانوحباب‌ها مقاومت فشاری و کششی بتن را به ترتیب تا 16 و 19 درصد افزایش می‌دهد. تحقیقات مرتبط دیگری نشان می‌دهد که استفاده از نانوحباب‌های اکسیژن، مقاومت مکانیکی بتن‌ها را تا 61 درصد در مقایسه با بتن ساخته شده با آب ساده افزایش می‌دهد (شکل 1، 2).
Acniti بهترین ابزار نانوحباب‌ها را برای تولید حباب‌های اکسیژن کافی ارائه می‌کند. این شرکت برای صنایع و زمینه های مختلف از جمله شرکت های ساختمانی محصولات تولید می کند.
نکته مهم دیگر کاربرد نانوحباب ها و برخی مواد دیگر مانند زئولیت و چکنه پوزولان در بتن به جای سیمان و آب عمومی است. یکی از تحقیقات اخیر نشان می دهد که مخلوط زئولیت، چکنه پوزولان و آب نانوحباب به طور قابل توجهی استحکام و دوام بتن را بهبود می بخشد که جایگزین معنی داری برای سیمان و اختلاط آب برای کاهش آلودگی هوا، افزایش عملکرد بتن و کاهش هزینه های تولید بتن است.