بهبود خواص مکانیکی سیمان

به گزارش می متالز، همچنین، صنعت سیمان یکی از منابع مهم انتشار دی‌اکسیدکربن است، به‌طوری که ۵ تا ۶ درصد از انتشار سالانه دی‌اکسیدکربن در جهان مربوط به این صنعت است. به هر حال، افزایش تقاضا برای مواد و ترکیبات با عملکرد خوب، منجر به توسعه سریع گروه‌های جدیدی از مواد شده است.
در این بین فناوری نانو می‌تواند نقش مهمی در صنعت ساخت‌وساز ایفا کند، به‌طوری که برحسب مهم‌ترین کاربردهای فناوری نانو در صنایع، صنعت ساخت‌وساز در رده هشتم قرار دارد.
نانومهندسی مواد مبتنی بر سیمان می‌تواند سبب ایجاد خواص برجسته یا هوشمند شود.
همچنین فناوری نانو این ظرفیت را دارد که با ورود به صنعت سیمان، چالش‌هایی مانند انتشار دی‌اکسیدکربن، مقاومت کم در برابر ترک‌خوردگی، زمان عمل‌آوری طولانی، استحکام کششی کم، جذب زیاد آب، قابلیت چکش‌خواری کم و بسیاری از عملکردهای مکانیکی دیگر را هدف قرار دهد.
با ترکیب نانوموادی مانند نانو SiO۲، ZnO۲، Al۲O۳، TiO۲، نانولوله‌های کربنی، نانورس‌ها، نانوفیبرهای کربنی و سایر نانومواد با مواد سیمانی، بهبود قابل‌توجهی در خواص مکانیکی و ماندگاری این مواد ایجاد می‌شود.

راه‌حلی نویدبخش

ترکیب مواد نانومقیاس در مواد سیمانی به عنوان راه‌حلی نویدبخش برای افزایش خواص و عملکرد مواد سیمانی ظهور یافته است. نانومواد به‌طوراساسی برای بهبود خواص مکانیکی مواد سیمانی به کار می‌رود.
ترکیب نانولوله‌های کربنی با سیمان، منجر به بهبود خواص مکانیکی می‌شود همچنین خواص حسگری در سیمان به وجود می‌آورد. به هر حال، پخش ضعیف نانولوله‌های کربنی در مواد سیمانی مانع اصلی بر سر دستیابی به عملکرد مکانیکی خوب در کامپوزیت است. درباره روش‌های موثر برای پخش نانولوله‌های کربنی - مانند التراسونیک و استفاده از مواد فعال سطحی - مربوط به تهیه بتن با استحکام بالا بحث می‌شود.
نانوسیلیکا به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان جایگزین میکروسیلیکا در صنعت سیمان به کار می‌رود. به‌دلیل واکنش‌پذیری بالا و ماهیت بسیار ریز آن، این ماده در مخلوط بتن با مقدارهای زیاد به کار می‌رود؛ بنابراین، سبب کاهش میزان سیمان تا ۴۰درصد می‌شود که این امر به کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن و آلودگی کمتر محیط‌زیست می‌انجامد.
ترکیب نانوسیلیکا با دوغاب سیمان به آن خواص مکانیکی بهبودیافته، تخلخل و نفوذپذیری کمتری می‌بخشد که اینها عوامل اساسی در افزایش ماندگاری هستند.
نانوتیتانیا به علت پایداری شیمیایی و سمیت کم، به‌خوبی شناخته شده است. به علاوه، این ماده به‌عنوان یک عامل اکسیدکننده در حضور تشعشع یو‌.وی عمل می‌کند. بتن دارای انوتیتانیا، خاصیت خودتمیزشونده موثری از خود نشان می‌دهد و به‌عنوان ترکیب اصلی در ملات سیمان پلیمر برای تجزیه فوتوکاتالیستی اکسید نیتروژن و سایر آلاینده‌ها به کار می‌رود.
نانوآلومینا به‌طور گسترده در ملات سیمان برای افزایش مدول الاستیسیته مواد سیمانی به کار می‌رود. محصول آلومینا مولیت دارای استحکام فشاری بالا، مقاومت خوب در برابر شست‌وشو و خوردگی و مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی است و در برابر تغییرات دمایی سریع مقاومت می‌کند.
افزایش کربنات کلسیم به کامپوزیت آبی سیمان سبب بهبود سختی و مقاومت در برابر فرسایش بتن می‌شود. در مقایسه با کامپوزیت سیمانی بدون نانوکربنات کلسیم، استحکام فشاری کامپوزیت دارای نانوکلسیم کربنات حداقل تا ۲۵ درصد افزایش و هرزروی سیال تا ۴۰ درصد کاهش یافت.
همچنین کربنات کلسیم به‌عنوان نانو بهبوددهنده برای کاهش دوره القا آبدار کردن سی۳اس به کار می‌رود که منجر به بهبود مقاومت در برابر تخریب بتن در دماهای بالا می‌شود.
نانوکامپوزیت‌های پلیمر رس سبب بهبود خواص مکانیکی و خواص سدکنندگی سیمان توانمندشده با نانو می‌شود.
نانوسیلیکا، نانولوله‌های کربنی، نانوکلسیم کربنات، نانوتیتانیا، نانوآلومینا و نانوکامپوزیت‌های پلیمر رس متداول‌ترین نانومواد مورد استفاده هستند.
این نانومواد به‌طور عمده برای بهبود چندین خاصیت مکانیکی مواد سیمانی مانند مقاومت در برابر ترک، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام کششی و استحکام فشاری مورداستفاده قرار می‌گیرند.

نتیجه‌گیری

نخستین پتنت در زمینه سیمان توانمندشده با نانو، در سال ۱۹۹۶ میلادی (۱۳۷۵) منتشر شد و از آن زمان به بعد فعالیت ثبت پتنت به‌طور پیوسته افزایش یافته است، به‌طوری که بعد از سال ۲۰۰۷ (۱۳۸۶) یک افزایش نمایی را شاهد هستیم. چین با دراختیار داشتن ۴۱درصد پتنت‌های جهان در این زمینه دارای سهم اصلی است. همچنین، قابل‌توجه است که ۶۰درصد پتنت‌ها از سوی شرکت‌ها ثبت می‌شود؛ این امر به وضوح سرعت بالای تجاری‌سازی را نشان می‌دهد.
آثار قابل‌توجه ورود فنانوری نانو به صنعت سیمان روی خواص مکانیکی مواد سیمانی به اثبات رسیده است، به‌طوری که هم‌اکنون محصولات تجاری پتنت‌شده‌ و سایر محصولات در بازار موجود است.
استحکام کششی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر ترک، مقاومت حرارتی و سایر خواص مکانیکی این مواد سیمانی به شکل قابل‌توجهی بهبود یافته است.
به علاوه، فناوری نانو می‌تواند به غلبه بر چالش‌های زیست‌محیطی که مواد سیمانی متعارف با آن روبه‌رو هستند کمک کند و با کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن، این مواد را با محیط‌زیست سازگارتر کند و ماندگاری آنها را افزایش دهد.
اگرچه کاربرد فناوری نانو در صنعت سیمان یک عرصه در حال ظهور است، روند ثبت پتنت‌ها حاکی از آن است که تجاری‌سازی این فناوری از گذشته شروع شده است و در آینده نزدیک، سیمان توانمندشده با فناوری نانو تا حد زیادی صنعت سیمان را در اختیار خواهد گرفت.