استفاده از نانو سیمان در صنعت ساخت و ساز

سیمان یکی از پرکاربردترین مواد در صنعت ساخت و ساز است. اخیرا تولیدکنندگان سیمان دریافته اند که کاهش اندازه ذرات سیمان در مقیاس نانو، موجب تسریع در سفت شدن آن می شود. نانو سيمان ها به دليل مقاومت بالا و خواص ساختاري بهبود يافته، كاربردهاي زيادي دارند. به عنوان مثال از اين نوع سيمان ها براي ساخت آسمان خراش ها، ساختمان‌هاي رياست جمهوري و نظامي (ضد گلوله) و در مناطقي كه خورندگي زياد است، استفاده مي‌شود.

به طور كلي، استفاده از افزودني‌ها در توليد سيمان، علاوه بر تأثيراتي كه بر خواص سيمان دارد، به دليل مصرف كمتر سيمان، كاهش مصرف انرژي و كاهش گازهاي گلخانه‌اي را در پی دارد.

به رغم اینکه سیمان کاربردهای زیادی دارد، مواد مبتنی بر سیمان خواص مکانیکی ضعیفی دارند و نسبت به آب و سایر مواد شیمیایی مهاجم بسیار نفوذ پذیرند. این مسئله سبب کاهش ماندگاری و دوام آنها می شود. همچنین در دهه‌های اخیر تولید و مصرف سیمان در کشورهای در حال توسعه به ‌طور قابل‌ توجهی افزایش یافته است. اگرچه سیمان یک محصول بسیار مهم برای توسعه اقتصادی به شمار می‌رود، اما مشکلات زیست‌محیطی از جمله انتشار گاز دی‌اکسید کربن (CO₂)، دی‌اکسید سولفور (SO₂)، اکسیدهای ازت (NOx) و همچنین ذرات معلق در هوا موجب شده تا بسیاری از محققان برای کاهش این مشکلات تلاش کنند. فناوری نانو این پتانسیل را دارد که با ورود به صنعت سیمان، چالش هایی مثل انتشار دی اکسید کربن، مقاومت کم در برابر ترک خوردگی، زمان عمل آوری طولانی، استحکام کششی کم، جذب آب زیاد، قابلیت چکش خواری کم و بسیاری از عملکرد های مکانیکی دیگر را هدف قرار دهد. با ترکیب نانو موادی مثل نانو لوله های کربنی، نانو رس ها، نانو فیبرهای کربنی و سایر نانو مواد با مواد سیمانی بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی و ماندگاری این مواد ایجاد می شود.

حضور نانوذرات در فرمولاسیون سیمان موجب شده است تا واکنش شیمیایی بهتری بین اجزای سیمان انجام شود و تراکم ماتریس سیمان افزایش یابد که این امر با ارتقای ویژگی‌های بتن نظیر خصوصیات مکانیکی، پایایی و افزایش طول عمر آن ارتباط مستقیم دارد. به عنوان مثال حضور نانوذرات فتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم در سیمان موجب زیبایی نمای سازه نهایی می شود.

استفاده از نانوسیلیکا به عنوان افزودنی در سیمان

عملکرد نانوذرات سیلیکا مانند یک پر کننده ی نانو می باشد که فضاهای خالی بین ژل کلسیم سیلیکات هیدراته را پر می کند. بنابراین واکنش پوزولانیک با هیدروکسید کلسیم, مقدار کلسیم سیلیکات هیدراته را افزایش می دهد که نتیجه ی این امر تراکم ماتریکس است که باعث استحکام و مقاومت ماده میشود. افزودن نانو سیلیکا به بتن سیمانی قدرت فشاری آن را نسبت به سایر بتن های معمولی بالاتر می برد. همچنین نانو سیلیکا سرعت و ضریب جذب آب را پایین می آورد و مانع از نفوذ پذیری آب در سیمان می شود.

نانو سایز کردن ذرات سیمان به وسیله خردایش مکانیکی

هنگام بتن‌گیری، ذرات سیمان با آب وارد واکنش هیدراتاسیون می‌شود تا سیمان کیور شده و به‌صورت یک چسب محکم ذرات شن و ماسه را به یکدیگر متصل کند. هر چقدر سیمان بین ذرات شن و ماسه محکم‌تر باشد، بتن حاصل مقاوم‌تر خواهد شد. در طول واکنش هیدراتاسیون فقط سطح ذرات سیمان با آب واکنش می‌دهند و بخش داخلی ذرات سیمان بدون واکنش باقی می‌مانند. بر این اساس، در این اختراع، سیمان معمولی که اندازه ذرات آن در حد چند میکرومتر تا چند ۱۰ میکرومتر است، از طریق خردایش مکانیکی در یک آسیاب مخصوص به نانوسیمان که اندازه ذرات آن کمتر از ۱۰۰ نانومتر است تبدیل می‌شود. آزمایشات نشان داده است که قطعات بتنی تولیدشده با نانوسیمان حداقل دارای مقاومت مکانیکی و استحکام دو برابری نسبت به بتن معمولی می باشد. با تولید این نانوسیمان می‌توان میزان مصرف سیمان را نصف کرده یا سازه‌هایی با استحکام دو برابر تولید نمود.

به كارگيري فناوري نانو در بتن نیز به دو طريق انجام مي‌گيرد:
۱- استفاده از نانو سيمان

۲- استفاده از نانو افزودني ها (كربن ناتيوپ، نانو تيتانيوم اكسيد، نانو الياف، نانو سيليس)
با توجه به تأثيرافزايش نانو ذرات در سيمان و بهبود خواص سيمان، طبیعی است كه استفاده از نانو سيمان‌ها در بتن نيز باعث بهبود خواص بتن شود.

 منبع: http://www.sakhtemanchi.com

برچسب‌ها: فناوری نانو در سیمان و بتن , افزودنی ها در تولید سیمان , سیمان حاوی نانو سیلیس , کیورینگ سیمان , نانو ذرات فتوکاتالیست در سیمان بال کلی در صنعت کاشی و سرامیک...