نانو در عمران ( مرجع )

[امید عباسی]

نانوکامپوزيتهاي خاک رس

نانوکامپوزيتهاي خاک رس / پليمر بهبود فوق‌العاده‌اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پرکننده استفاده مي‌شود، ايجاد مي‌کند. اين تکنولوژي که امروزه مي‌تواند کاربرد تجاري نيز پيدا کند، توجه زيادي را طي سالهاي اخير به خود جلب کرده است. عمدة پيشرفت‌هايي که در اين زمينه بوقوع پيوسته، طي پانزده سال اخير بوده و در اين مقاله به اين پيشرفتها و همچنين مزيتها، محدوديتها و برخي مسايل و مشکلات آن خواهيم پرداخت. </P>

منبع:كميته نانو فناوري (http://www.iran-eng.com/www.autnano.org)


بيشتر... (http://gcg.blogfa.com/post-293.aspx)

(ایده ی این تاپیک از سایت باشگاه مهندسان ایران برداشته شده و تاپیک های مربوطه رو از از همین سایت قرار میدم)

[امید عباسی]

نانوسم (nanocem) يك تحقيق جديد شبكه اروپاست كه بر روي مراحل توسعه اصول فني نانو (مقياس يك بيليوني) در مواد سيماني متمركز شده است.
بستهاي سيمان پورتلند ، اجزا اوليه فعال بتن هستند كه در بيشتر ساختمانهاي مدرن استفاده مي شوند . ديگر تشكيل دهنده هاي بتن ، آب و مصالح دانه اي ريز و درشت (مانند شن و سنگ) هستند.
بستها از جوش سيمان پورتلند با زمينه كمي از سولفات كلسيم ساخته شده اند و به طور متداول شامل پودرهاي ريز معدني مثل سنگ آهك ، پوزولان (معمولا خاكسترهاي آتش فشاني) ، خاكستر بادي (معمولا از زغال سوخته گياهان پر قدرت) و سرباره دانه اي كوره بلند ، هستند.
چنين گردهمايي به عنوان مواد سيماني تكميلي تلقي مي شوند زيرا آنها براي جايگزين شدن به جاي بيشتر چسب سيمانهاي گران استفاده مي شوند. مواد افزودني شيميايي مانند افزودني ها كاهنده آب ، فوق روان كننده ها (خمير كننده ها) ، كندگير كننده ها ، تند گير كننده هاي بتن و عوامل هوازا مي توانند به بتن در مقدار كم اضافه شوند تا خصلتهاي بتن را براي موارد استفاده خاص تغيير دهند.

توضيح درباره نانو :

گر چه سيمان پرتلند در مقدار وسيع در مواد دست ساز بشر بر روي زمين استفاده مي شود اما فهم مكانيزم اصلي ، حاوي خصوصياتش به طور طبيعي باقي مانده است . مراحلي كه در طول 1لحظات نخستين واكنش با آب اتفاق مي افتد ، مي تواند ساختارهاي بزرگ و ريز را تحت تاثير قرار دهد و اجراي طولاني مدت يك ساختار را در پي داشته باشد.
بيشتر واكنشهاي شيميايي كه عملكرد مواد سيماني را كنترل مي كند در مقياس نانو سنج (يك بيليون) اتفاق مي افتد ولي اكثر تحقيقات ، عمليات مهندسي گرفته اند و بر روي مرحله درشت (قابل ديد) متمركز شده اند. فقدان فهم جزييات مولكولي از رشد چشم گير تقريبا جلوگيري كرده و موج ناتواني در پيش بيني وضع آينده شده است. نياز براي آزمايش مكرر خصوصيات در تناسب درشت دانه اي مانع نوآوري و استخراج در scm هايي كه به طور گسترده اي در دسترس قرار دارند ، شده است كه به طور كلي در جا دادن انرژي اندك (جدول سمت راست را ببينيد) و غير سمي مي باشند.
در حال حاضر ، در هر ساختماني كه در آن از مواد سيماني جديد با عملكرد بالا استفاده مي شود ، نياز به تست زمان (طولاني كردن) دارد. با كسب دانش بنيادين ، اين مواد مي توانستند به جاي آزمايش و خطا با طراحي و پايه گذاري بر روي مدلهاي معتبر ، ساخته شوند.
هدايت در مسير صحيح :
در طول اين فعاليت بر روي اين مطلب يعني نانوسم ، 21 انجمن علمي به همراه 12 شريك صنعتي كه 5 شركت بزرگ توليد كننده سيمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 كشور اروپايي گسترش يافت و در طول يك چهارم قرن گذشته انقلابي در تكــــنيكهاي تجربي براي رسيدگي به مواردي مثل تشـــديد طيف بيني مغناطيســــي هستـــــه اي (nmr) و نيروهــاي ميكروسكوپي بوجود آورده اند و به شركاي نانوسم امكان دسترسي به ابزارهاي پيشرفته را داده است.
شركتهاي صنعتي خط شروع مالي براي شبكه ارتباطي فراهم كرده اند و راهنمايي با احترام به پيش بيني علايق بازار فراهم نموده اند. اعضاي انجمن علمي مجبور هستند كه حداقل يكي از پروژه هاي تحقيقاتي مستقل مالي را با شبكه ارتباطي تسهيم كنند و بايد تحقيقاتشان را به روش تعاوني و مكمل توسعه دهند .
كارگاههاي اصلي برگزار مي شوند تا قسمتهاي مهم خالي علمي را پيدا كنند و با ارتباط دادن پروژه هاي تحقيقاتي ، سعي در پر كردنشان نمايند.
اين كميته هدايت كننده شامل 5 نماينده از شركاي صنعتي و 5 نفر از انجمن علمي است . جلسات تجاري دو بار در سال برگزار مي شود . برنامه تحقيقاتي شبكه ارتباطي ، چهار پروژه اصلي و پروژه شريكي در دست اجرا داد كه شامل موارد زير است :
مجموعه هيدرات كه خود متشكل از كربن ، سولفور هيدروژن (c-s-h) مي باشد. در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيب وجهه هيدراتي ممكن نيست در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيبي هيدراتي كه از هيدرات يك سيستم سيماني منتج شده است ، ممكن نيست ، مخصوصا زماني كه (scm) هايي مثل خاكستر بادي يا سرباره شامل آنها مي شود. هدف اين پروژه ها تعيين مواد تشكيل دهنده و استحكام تركيب وجهي هيدرات است كه انتظار مـي رود ، در دماي بالاتر از 50 درجه سانتي گراد اتفاق بيفتد. اين تحقيق شامل پروژه هاي دكتراي تخصصي است كه به طور پيوسته توسط دانشگاه هاي ابردين aberdeen بريتانيا ، امپا empa در سوئيس و espcl در فرانسه هدايت مي شود.
ساختار منفذ توسط nmr : اين پروژه اميدوار است تا تنظيم جامعي بر روي هنرهاي غير مخرب ، ابزارهاي تكنيكي غير تهاجمي داشته باشد و آنها را قادر مي سازد ، ساختار منفذ هيدرات سيمانها را در حدي كه در آن منافذ با آب پر مي شوند و قابليت جابجايي آب در مواد اشباع كننده را تحليل كنند. نتيجه كار اجازه خواهد داد كه دوام و عملكرد بتن به طور بهتري پيش بيني شود . دو گروه از گروههاي هدايت كننده در منطقه چرخش پروتني را دانشگاههاي سوري surrey در بريتانيا و پلي تكنيك فرانسه را شامل مي شود.
فعل و انفعالات تركيبات آلب آلومينيم با اكسيد فلز : اين امر يكي از مشكلترين مباحث مربوط به اثر سيمان و فوق روان كننده (خمير كننده) در بتن است. براي مثال شتاب فوق خميريازي بر روي فرمهاي غير فعال ( كه صورت تركيب آلي آلومينيم با اكسيد فلز ناميده مي شود) در طول مراحل اوليه تركيب سازي بتن مي باشد.
اين پديده شناخته شده ، منتهي به مصرف مقدار زياد فوق خميرساني در بسياري از بتن ها و بوجود آمدن مشكلات كاربردي جدي ، زماني كه مواد خام يا شرايط تركيب تغيير كرده اند ، مي شود. اين تحقيق توسط سيكا در سوئيس و espc هدايت مي شود.
واكنش پذيري سيستم سيماني : در پروژه دكتــــري تــوسط epfl در سوئيس و dtu در دانمارك و دانشگاه آرهوس aarhus دانمارك و دانشگاه ليدز leeds در بريتانيا در دست تحقيق است كه بر روي توسعه يك روش براي تشخـــــــيص درجه عكس العمل قسمت جوش سيماني و به طور مستقل scm ها در سيمانهاي چسبيده است.

شريك شدن :
پروژه هاي شركتي در محدوده شبكه ارتباطي ماننده تحقيقات در دست اجراي دانشگاههاي bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روي پيوستگي و ساختار c-s-h در مقياس نانو از بنياد تا كاربرد است . براي مثال در موسسه تكنولوژي دنيش danish ، مطالعه اي بر روي مكانيزم زيباشناختي ظاهري بتن بر روي ساختار سرتاسري صورت پذيرفته است.
تحقيق و تعليم : علاوه بر هسته تحقيقات نانوسم كه بوسيله شركاي صنعتي در حدود 500 هزار يورو در هر سال از لحاظ مالي تامين مي شود ، مركز مالي eu ، 2/3 ميليون يورو براي چهار سال تحقيق و تعليم پروژه (rtn) شبكه ارتباطي تحت برنامه ماري كوري ، برنده شده است.
اين پروژه فهم اساسي مواد سيماني براي بهبود عملكرد زيباشناختي فيزيكي و شيميايي نام نهاده شده و بين 10 پروژه دكتري و 5 پروژه فوق دكتري تقسيم شده است كه هر كدام بين دو يا چند شريك قسمت مي شود. محققان زماني براي هر منطقه شراكتي در طول پروژه صرف مي كنند .
موضوعات به چهار گروه تقسيم مي شود : كاستن قالب سيمان : اين موضوع بع طور اوليه فروسايي سيمان با تاكير بر حملات سولفات رامي پذيرد . نيروي سايش نيز در اين موضوع مد نظر گرفته مي شود . اين كار ساخت مدل كلي عملكرد سيمان را تامين مي كند.
بررسي فيزيكي و مكانيكي عملكرد : اين مقياسهاي طولاني ، بررسيهاي ارتباطي نانو ، ماكرو و ساختــــاري بزرگ براي توسعه ابزارهاي در جهت ارزش گذاري عملكرد مهندسي را احاطه مي كند. اين تحقيق به توسعه اصول تكنيكي و مدلها براي استفاده توسط مهندسين را متحمل مي شود.
مواد سيماني جديد : در اين گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمي و مهندسي بكار گرفته مي شوند تا عملكرد مواد سيماني بر سطح و حجم را بهبود بخشند. اين كاريك رشته نوآوريهاي لازم براي بهبود عملكردي و زيباشناختي در طول افزودن محلي را مي پذيرد.
پروژه هاي متقاطع : اين پروژه ها وروديهاي مهم براي موضوعي كه در بالا اشاره شده است را تامين مي كند . آنها scmهايي را كه به طور افزايشي استفاده مي شوند ، در تركيب با جوش سيمان پورتلند ، در علايق قابل تحمل پوشش داده اند.
دستاوردهاي جاه طلبانه :
شبكه ارتباطي نانو ، خود يك منبع ساختماني جديد ذهني جاه طلبانه تنظيم كرده كه در دستاورد موثري بر تحقيقات اروپايي بر روي مواد سيماني مي باشد.
به طور كلي انجمنهاي علمي كوچك و اغلب مجزا ، طرحهايي براي انجمنهاي سرمايه گــذاري بين المللي مي سازند و در رقابت با ديگر گروههاي مواد علمي و ديسيپلين هاي مهندسين عمران ارزش گذاري مي شوند. اغلب مسائلي ناشناخته قابل توجهي درباره اين كار در ديگر كــشورها اتفاق مي افتد و چنين كارهايي هيچ گاه منتشر نمي شوند. اين امر منتهي به دو برابر شدن تلاشهاي تحقيقاتي و مطالعه زياد پارامتري شده است. جايي كه نتايج فقط براي تركيب خاصي از مطالعه مواد خام در دسترس هستند.
نانوسم تلاش بيشتري را براي روشن كردن پروژه ها و جمع آوري تجربيات همه شركا انجـــــام ميدهد.
http://www.omransazehparsian.blogfa.com (http://www.omransazehparsian.blogfa.com/)

[امید عباسی]

طبق برآوردهاي انجام شده تجهيزات ساختماني سالانه 1000 ميليارد دلار درآمد ايجاد مي‌نمايند. صنعت مربوط به تجهيزات ساختماني يكي از صنايعي است كه فناوري نانو و نانومواد مي‌توانند در آن كاربرد وسيعي داشته باشند. در حال حاضر فناوري نانو در برخي محصولات و تجهيزات ساختمان‌سازي مانند پنجره‌هاي خود تميزشونده و صفحات خورشيدي منعطف براي رنگ‌آميزي ساختمان‌ها، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. البته كاربردهاي بسياري؛ مانند بتن‌هاي خود ترميم شونده، مواد ضد اشعه uv و ir، پوشش‌ ضدمه و سقف‌ها و ديوارهاي منتشر كننده نور نيز در حال توسعه مي‌باشند...

امروزه حسگرهاي توانمند فناوري نانو قادرند درجه حرارت، رطوبت و ذرات سمي معلق در هوا را كنترل كنند. تا سال 2012 انتظار مي‌رود بازار حسگرهاي فناوري نانو به 2/17 ميليارد دلار برسد. به زودي حسگرهاي ارزان‌قيمت براي كنترل لرزش‌ها، پوسيدگي‌ها و ديگر ملاحظات عملكردي در ساختمان‌سازي ، وارد بازار خواهند شد. فناوري نانو به سرعت باطري‌ها و وسايل بدون سيم مورد استفاده در اين حسگرها را بهبود مي‌دهد. در آينده‌اي نه چندان دور حسگرها در ساختمان‌ها، جمع‌آوري اطلاعات درباره محيط و كاربردهاي ساختمان‌سازي، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. عناصر تشكيل‌دهنده ساختمان‌ها و بناها، هوشمند خواهند شد. البته نانوحسگرها و مواد ساختمان‌سازي نانويي سئوالاتي را براي طراحان، سازندگان، مالكان و استفاده‌كنندگان از ساختمان‌ها ايجاد كرده است. اما آنچه كه بديهي به نظر مي‌رسد اين است كه ساختمان‌ها، هوشمند مي‌شوند و نانومواد به عنوان يکي از عناصر اصلي ساختمان مد نظر قرار مي‌گيرد.
ريسك‌هاي مربوط به سلامتي و محيط زيست
بدون شك ساختمان‌ها يكي از حوزه‌هاي اصلي تماس انسانها با نانوذرات از طريق تنفس يا جذب از طريق پوست مي‌باشد. هم‌اكنون در سيستم‌هاي تصفيه هواي ساختمان از كاتاليست‌هاي فلزي نانومقياس و ديگر كاربردهاي فناوري نانو براي از بين بردن آلوده‌كننده‌هاي هوا، استفاده مي‌شود. نانو‌ذرات موجود در اين *****ها مي‌توانند از طريق هوا در ساختمان منتشر شده و وارد بدن انسان شوند. بايستي درباره اثرات سلامتي نانوذرات كه از طريق تنفس به بدن نفوذ مي‌كنند تحقيقات دقيقي انجام گيرد. ممكن است نانو ذرات از طريق محصولات تميز كننده و روكش‌ها نيز منتشر شوند.
توليدكنندگان نانو*****ها، محصولات تميز كننده و روكش‌ها اظهار مي‌كنند فناوري نانو اين محصولات را از نظر محيطي نسبت به ساير محصولات بي‌خطر‌تر مي‌كند. ما هم اكنون نانوذرات را از طريق دامنه گسترده‌اي از محصولات، از صفحات خورشيدي تا وسايل آرايش، بدون داشتن اثرات مضر آشكار جذب مي نماييم.
اگر آب مورد استفاده در ساختمان‌ها از طريق نانو*****هاي موجود در بازار تصفيه شوند ممكن است نانوذرات وارد بدن شوند. انتشار نانوذرات در محيط ممكن است اثرات مخربي بر محيط زيست داشته باشد. ممكن است كه پاك كننده‌ها نيز از طريق سيستم‌هاي دفع فاضلاب ساختمان‌ها وارد محيط‌زيست شوند. در حالي كه نانو*****ها پاك بودن آب و هواي خروجي از ساختمان‌ها را تضمين مي‌كنند، اثرات زيست‌محيطي نانوذرات بايستي به وسيله معماران و محققان مورد بررسي قرار گيرد.
ريسك‌هاي اجتماعي
در صورتي كه حسگرها بسيار رايج شوند نوع كاملاً متفاوتي از ريسك ممكن است به وجود آيد.
ممكن است با استفاده گسترده از عناصر هوشمند در ساختمان‌سازي،‌ حريم خصوصي افراد در معرض خطر قرار گيرد. هم‌اكنون فناوري‌هاي بدون سيم مانند تلفن‌هاي همراه براي استفاده‌كنندگان در حال گسترش مي‌باشد. در اسپانيا، مكزيك و آمريكا ساكنان ساختمان‌ها از طريق تراشه‌‌هاي كار گذاشته شده در ساختمان‌ها كنترل مي‌شوند. با گسترش فناوري‌هاي كنترل كننده پاسخ استفاده كنندگان چه خواهد بود؟
درباره حريم خصوصي افراد، سئوالي كه مطرح مي‌شود اين است كه چه كسي محيط ساختمان‌ها را كنترل مي‌كند و اين عمل را چطور انجام مي‌دهد؟ اگرچه عناصر ساختمان‌ها مناسب با سلايق استفاده كنندگان و شرايط محيطي مي‌گردد ولي مسائل مربوط به كنترل ساختمان ها مي‌تواند به عنوان يكي از مشكلات اساسي مطرح باشد. براي مثال فناوري نانو اين امكان را به وجود آورده است تا ميزان شفافيت شيشه‌هاي پنجره‌هاي ساختمان ها مطابق با سلايق استفاده‌كنندگان تغيير كند، ولي سؤالي كه مطرح است اين است كه چه كسي ميزان شفافيت شيشه‌ها را كنترل مي‌كند؟
معضلاتي كه پذيرندگان اوليه کاربردهاي اين فناوري با آن مواجه‌اند
با استفاده از نانومواد و فناوري نانو در ساختمان‌سازي همه استفاده‌كنندگان اين فناوري نوظهور با مشكلاتي مواجه خواهند شد. سؤالي كه در اين جا مطرح است اين است اگر حادثه بدي رخ دهد آيا ريسك‌هاي فناوري نانو مورد توجه قرار مي‌گيرد؟ بايد به خاطر داشت كه توسعه‌دهندگان فناوري نانو در ابتدا از مزاياي اين فناوري بسيار صحبت نمودند. اما آنچه كه بديهي به نظر مي‌رسد اين است كه تا به امروز به همه جنبه‌هاي نانومواد و فناوري‌نانو توجه نشده است. لذا بايستي ترسي از توسعه نانومواد و فناوري‌نانو نداشته باشيم زيرا كه فناوري‌نانو دربرگيرنده فرصت‌هاي ارزشمندي براي بهبود عملكرد ساختمان‌ها، سلامت استفاده‌كنندگان و كيفيت محيط‌زيست مي‌باشد.

[امید عباسی]

توليد ماده‌اي صدها برابر مستحكم‌تر از فولاد با استفاده از نانو

دانشگران مركز پيشرفته فن‌آوري‌هاي كامپوزيتي فلوريدا (FAC2T) در دانشگاه ايالتي فلوريدا، در حال توسعه ماده‌اي ده برابر سبك‌تر و در عين حال 250 برابر مستحكم‌تر از فولاد هستند.

به گزارش سرويس «فن‌آوري» خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، كار كردن با چنين ماده‌اي مي‌تواند رويايي براي هر مهندس باشد.

اگر اين ماده هادي بسيار خوب الكتريسيته يا حرارت نيز باشد، ديگر وجود اين ماده بيشتر به داستان‌هاي علمي تخيلي شباهت پيدا مي‌كند.

Ben Wang پروفسور مهندسي صنعتي دانشكده مهندسي FSU در دانشگاه A&M فلوريدا مدير اين گروه (FAC2T) است كه در زمينه توسعه مواد كامپوزيتي با قابليت بالا و روش‌هاي ساخت چنين كامپوزيت‌هايي فعاليت مي‌كند.

Wang در زمينه مهندسي مواد نانو كه يك زمينه رو به رشد است، شناخته شده مي‌باشد.

زمينه اصلي فعاليت وي، يك ماده خارق‌العاده به نام Buckypaper است كه مي‌تواند كاربردهاي زيادي در زمينه توسعه ساختارهاي مورد استفاده در صنعت هوا - فضا، توليد وسايل نقليه زرهي و ساخت نسل جديدي از نمايشگرهاي رايانه‌يي داشته باشد.

وي مي‌گويد: «هدف ما در FAC2T درك ميزان استحكام مواد كامپوزيتي ساخته شده با استفاده از buckypaper مي‌باشد. به علاوه، تمركز ما بر روي توسعه فرآيندهاي توليد انبوه و ارزان اين مواد است».

Buckypaper از نانولوله‌هاي كربني ساخته شده‌اند. Buckypaper نام خود را از Buckminsterfullerene يا C-60 اخذ كرده است. C-60 نوعي مولكول كربني است كه به دليل داشتن پيوندهاي محكم اتمي، دو برابر الماس استحكام دارد.

از جمله ويژگي‌ها و كاربردهاي Buckypaper اين است كه :

اگر در معرض بار الكتريكي قرار گيرد، مي‌تواند روشن شده و به عنوان نمايشگر تلويزيون يا رايانه به كار رود. اين نمايشگرها نسبت به لوله اشعه كاتدي و بلور مايع، انرژي كمتري مصرف كرده، روشن‌تر بوده و يكنواختي نور بيشتري دارد.

Buckypaper همچنين يكي از موادي است كه در ميان مواد شناخته شده، بيشترين هدايت حرارتي را دارد و مي‌تواند در انتقال حرارت توليد شده در رايانه‌ها و ساير ابزارهاي الكترونيكي به خارج از دستگاه به كار گرفته شود.

اين امر امكان كوچك‌تر شدن بيشتر ابزارهاي الكترونيكي را فراهم مي‌آورد.

به دليل قابليت انتقال مقدار زيادي بار الكتريكي توسط Buckypaper، مي‌توان از اين ماده به صورت يك فيلم نازك بر روي هواپيما استفاده كرد. در اين صورت رعد و برقي كه به هواپيما برخورد مي‌كند، بر روي سطح پخش شده و آسيبي به هواپيما وارد نمي‌شود.

همچنين مي‌توان از اين فيلم‌ها براي محافظت از مدارات الكتريكي داخل هواپيما از تداخل الكترومغناطيسي استفاده كرد.

اين نوع تداخل مي‌تواند به تجهيزات آسيب رسانده و موجب تغيير تنظيمات شود. همچنين در هواپيماهاي نظامي مي‌توان از اين فيلم‌ها براي تغيير اثر الكترومغناطيسي هواپيما استفاده كرد. اين اثر موجب شناسايي هواپيما توسط رادار مي‌شود.

به گزارش ايسنا، Kirby Kemper معاون پژوهشي FSU مي‌گويد: « FAC2T پيشرو يك انقلاب در فن‌آوري است كه نحوه توليد اشياي اطراف ما را تغيير خواهد داد.

گروهي متشكل از اعضاي هيات علمي، دانشجويان و فوق دكتراها مي‌خواهند قابليت‌هاي بسيار زياد فن‌آوري نانو را شناسايي كنند. كاربردهاي بالقوه بسيار جالب توجه مي‌باشند.»

FSU چهار اختراع ثبت شده در US Patent دارد كه مربوط به تحقيقات Buckypaper مي‌باشند.

Wang مي‌گويد: «ما به دنبال جمع كردن محققان در يكجا هستم تا فرصت‌هاي تحقيقاتي خوبي ايجاد كنيم. ما دانشجويان و اعضاي هيئت علمي بسيار مستعدي داريم و سعي مي‌كنيم تا قابليت آنها به طور كامل به ظهور برساند.

[امید عباسی]

دانلود مقاله (http://sahand-eng.com/download/nano2.pdf)

کلمات کلیدی : فناوری نانو ، نانو ، آلودگی ، محیط زیست

www.omransazehparsian.blogfa.com (http://www.omransazehparsian.blogfa.com/)

[امید عباسی]

مقدمه:
مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زير 100nm باشدتعريف شده اند ، يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است . به طور كلي ،دريك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو مواد را مي توان به صورتهاي 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 پيشسازنده (Precursor) يا اصلاحساز (Modifier) پديده هايشيميايي و فيزيكي•نانولوله ها (Nanotubes) منظوراز يك ماده نانو ساختار يا واضح تر يك بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدي است كه در آن انتظاماتمي ، اندازه كريستالهاي تشكيل دهنده و تركيب شيمياييدر سراسر بدنه در مقياس چند نانو متري گسترده شده باشد .
خواص فيزيكي و شيمياييمواد نانو (در شكل و فرمهاي متعددي كه وجود دارند ازجمله ذرات ، الياف ، گلوله و . . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپيتفاوت اساسي دارند . تغييرات اصولي كه وجود دارد نهتنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواص جديد آنهادر سطح مقياس نانو مي باشد .
هدف نهايي از بررسي مواد در مقياسنانو، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكردبالا مي باشد ، كه آنها را مي توانبه عنوان مصالحي باعملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چندمنظوره ، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي ميباشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربردهاي گوناگونيرا ارائه نمايند .
در مطالب بعدي كه خواهدآمد مواد نانو ساختاري معرفي خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودنچنين موادي ميتوانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازيو صنايع وابسته به آن ايجاد كنند . 2. موادنانوكمپوزيت:
مواد نانو كمپوزيت بر پايه پليمر (ماتريس پليمري ) اولين باردرسالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژي سول- ژل(Sol-Gel) جهتانتشار (Disperse) دادن ذراتنانو كاني درون ماتريس پليمر استفاده شده است .
هرچند تحقيقاتانجام شده در دو دهه گذشته براي توسعه تجاري اين موادتوسط شركت تويوتا در ژاپن در اواخر سالهاي 80 صورتگرفته است ، ولي رشته نانو كمپوزيت پليمر هنوز در مرحله جنيني و درآغاز راه مي باشد .
در اين شرايط نانو آلومينا ، بهترينساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميك نويدمي دهد . زيرا كاربرد اين مواد پديده اي است كه از نظرمكانيكي ، الكتريكي و خواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و دررشته هاي مختلف كاربرد دارد . از جمله مي توان به چندنمونه اشاره كرد:•تكنولوژينانوفلز آرتونايد كه اخيراً به طور تجاري ، اليافنانويي آلومينا ، انقلابي در رشته سراميك بوجود آوردهاست . •ذرات نانويي غير فلزمانند:نانو سيليكا ، نانو زيركونيا و مواد ديگر اصلاحكننده سراميك ها مي باشد .
3. بتن با عملكرد بالا ([1]HPC) :
يكي از چالشهايي كه در رشته مصالح ساختماني بوجود آمده است ، بتن باعملكرد بالا(HPC ) مي باشد . اين نوع بتن مقاوم از نوع مصالح كامپوزيتبوده و از نظر دوامجزو مصالح كامپوزيت و چند فازي مركبو پيچيده مي باشد . خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي بهنانو ساختار ماده زمينه بتن و سيماني دارد كه چسبندگي ، پيوستگي ويكپارچگي را بوجود مي آورد .
بنابراين ، مطالعات بتن و خمير سيماندر مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختماني جديد و كاربردآنها بسيار حائز اهميت مي باشد . روش معمولي براي توسعهبتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلف الياف مي باشد . درمورد بتن به طورخاص ، علاوه بر عملكرد با دوام و خواصمكانيكي بهتر ، بتن با عملكرد بالاي چندمنظوره (MHPC) خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد ، از جمله مي توان به خاصيتالكترومغناطيسي ، و قابليت به كار گيري در سازه هاياتمي (محافظت از تشعشعات ) و افزايش موثر بودن آن درحفظ انرژي ساختمانها و ... را نام برد .

باشگاه نانو

[امید عباسی]

4. نانو سيليس آمورف:
در صنعتبتن ، سيليس يكي از معروفترين موادي است كه نقش مهمي در چسبندگي و پركنندگي بتن با عملكرد بالا (HPC) ايفا مي كند .
محصول معمولي همانسليكيافيوميا ميكرو سيليكا مي باشد كه داراي قطري درحدود 1/0 تا 1 ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليسحدود 90% مي باشد . مي توان گفت كه ميكرو سيليكا محصولي است كه درمحدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايش عملكرد كامپوزيت موادسيماني به كاربرده مي شود .
محصول نانو سيليس متشكلاز ذراتي هستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطركمتر از 100nm يا بصورت ذراتخشك پودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار ميباشند ، 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 . نانوسيليس معلق كاربردهاي چند منظوره از خود نشان ميدهد مانند:
• خاصيت ضد سايش
• ضد لغزش
• ضد حريق
• ضد انعكاس سطوح
آزمايشات نشان داده اند كه واكنش موادنانو سيليس(Colloidal Silica ) با هيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكروسيليكا بسيار سريع تر انجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همانتاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميكرو سيليكا را درسنين 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 دراينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانوسيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومترميباشد .
5. نانو لوله هاNANOTUBES) )
همان گونه كه در مقدمهمقاله مطرح شد معمولاً الياف براي مسلح كردن و اصلاحعملكرد مكانيكي بتن بكار برده مي شوند . امروزه از الياف فلزي ، شيشه اي ، پلي پروپلين ، كربن و . . . دربتن براي مسلح كردن استفاده مي شود و ليكن تحقيقات رويبتن مسلح شده توسط نانو لوله كربني (Carbon Nanotubes ) انتشار نيافته است تا بتوان از نتايج آن براي مسلحكردن بوسيله نانو لوله ها استفاده كرد .
نانولوله كربني توسط LIJIMA درسال 1991 كشف شده است وكارهاي بسياري بر روي ساختارنانو در بخش فيزيك كوانتوم انجام يافته است بطوري كه تحقيقات نوين بر روي تكنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهاني نقش اساسيو اصلي بازي ميكند . كربن 60 و نانو لوله هاي نوينداراي ساختاري هستند كه آنها را از فولاد قويتر وبسيار سبك مي كند بطوريكه مي توانند خميدگي و كشش را بدون شكستن تحمل نمايندودر آينده جايگزين الياف كربن خواهند شد كه دركامپوزيت ها به كار برده مي شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقيقاتانجام شده در مركز تحقيقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ايران ) ، داراي مقاومت كششي بيش از هر نوع الياف بتني شناختهشده مي باشند و نيز نانو لوله ها خواص ويژه قابل ملاحظهحرارتي و الكتريكي از خود نشان مي دهند ، بطوريكه هاديبودن حرارت آنها بيش از دو برابر الماس و هادي بودن الكتريكي آنها در حدود 1000 برابر فلز مس مي باشد .
نانولوله ها طبقه جديدي ازمحصولات مي باشند كه انقلابيجديد در زمينه مصالح و مواد پيشرفته را بوجود آوردهاند . يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره مي توانند به عنوان نانولوله هاي كربني در نقش الياف مسلح كننده مناسب آن موادمورد استفاده قرار گيرند . بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي بدست آوردن هدف اصليذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختماني با عملكردبالاي چند منظوره , بازي مي كنند .
6. نتيجه گيري:
منظور از مقاله ارائه شده نشان دادنمصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوعمواد در صنعت ساختمان مي باشد ، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه هاي فراواني براي كارهاي نظري و عملي در دانشگاه هايكشور وجود دارد كه اميد است كه با معرفي مصالح با ساختار نانو راه براي گام هاي بلندتر در اينزمينه باز شود.
باشگاه نانو

[امید عباسی]

نانولولة کربني


نسل جديدي از کربن است که از مواد نانوکربني ساخته شده است. اين ماده که مستحکم‌تر از فولاد، سبک‌تر از آلومينيوم و رساناتر از مس است، کاربردهاي زيادي دارد که موارد کليدي آن شامل الکترونيک، حسگرها، مواد و مصالح ساختماني، پرکن‌ها ( Fillers ) و غيره است. مثلاً‌ اين ماده به‌عنوان پرکن در صنايع پلاستيک و رنگ به عنوان جايگزين کربن سياه استفاده مي‌شود که يکي از کاربردهاي رايج آن است.


خواص نانولوله کربني


خواص فلزي و شبه فلزي کربن نانوتيوب با تغيير در ساختار، به جاي تغيير در ترکيب بدست مي‌آيد. اين خواص ويژه در نانوالکترونيک کاربردهاي زيادي به وجود مي‌آورند.


از ديدگاه مکانيکي، کربن نانوتيوب ( CNT ) قوي‌ترين ماده‌اي است که تا به‌حال شناخته شده است. اين ماده بسيار مستحکم به شدت انعطاف‌پذير نيز هست به‌طوريکه قابليت خم شدن به شکل دايره و يا حتي گره‌خوردن را دارد. اين رفتار مکانيکي ويژه، علاقه‌مندي زيادي جهت استفاده از آن در مصالح ساختماني ايجاد کرده است. پتانسيل‌هاي استفاده از CNT هنوز قابل تامل و تعمق است.


کاربرد نانوتيوب در صنعت ساختمان


حداقل سه عرصة گسترده تحقيقاتي براي توليد محصولات مورد نياز ساختمان وجود دارد:


• به دليل خواص مکانيکي عالي CNT ، استفاده از آنها در زمينه‌هاي پليمر شيشه و ساختمان قابل توجه است.


• CNT به عنوان اجزاي ساخت سيستم‌هاي انتقال حرارت، به علت خواص ويژه هدايت حرارتي آن مورد توجه است.


• استفاده از CNT با طول زياد به شکل ريسمان، در پل‌هاي معلق کاربرد دارد.


مثلاً‌ در بتون، از گذشته تا حال، فايبرهاي فولادي (بتن آرمه) استفاده مي‌شده‌اند. بنابراين بتون، مستعد استفاده از کربن نانوتيوب است انتظار مي‌رود با استفاده از CNT به خواص بهتري در بتون دست يابيم.


دلايل رجحان نانولولة کربني عبارتند از:


• خواص ويژة مکانيکي هدايت حرارتي و الکترونيکي


• نسبت طول به قطر بسيار بالا (اگر قطر کربن نانوتيوب‌ها 1 نانومتر در نظر گرفته شود، طول، 1 هزار برابر قطر است در حالي که تلاش مي‌شود به طول‌هاي بيشتر دست يافته شود و پژوهشگران مستعد استفاده از کربن نانوتيوب است حتي به ابعاد سانتي‌متر هم رسيده‌اند.


3- اندازه کوچک فايبرها و قابليت پخش­شدن بالا در زمينة سيمان و بتن (تقويت‌کنندة عالي)


نانوتيوب‌ها با اجزاء و ترکيبات سيمان پيوند حاصل کرده و باعث کنترل مناسب سيستم سيمان مي­شوند.


جمع‌بندي:


با توجه به کاربردهاي بالقوه کربن نانوتيوب، نياز به اين ماده در صنايع داخلي ديده مي‌شود. صنعت ساختمان با توجه به زلزله‌خيز بودن ايران، يکي از صنايعي است که لزوم بهينه‌سازي ساخت‌وساز و مصالح ساختماني در آن مشاهده مي‌شود.


کشور ايران در تامين منابع اوليه توليد کربن نانوتيوب غني است و از طرف ديگر تحقيقات زيادي تا به امروز در سطح جهان در اين زمينه انجام شده است. در بسياري از نقاط جهان اين ماده به صورت تجاري توليد مي‌شود ولي همچنان تحقيقات براي رسيدن به خلوص بالا و نسبت طول به قطر بيشتر ادامه دارد.


آنچه تاکنون روشن شده اين است که رسيدن به خلوص بالا و طول بلند، براي کربن نانوتيوبي که در سيمان و بتون استفاده مي­شود، در اولويت نيست؛ در همين شرايط موجود هم استفاده از آنها خواص بسيار مطلوبي حاصل مي‌کنند و نوع ناخالص آن نيز مي‌تواند اثر معجزه‌آسايي در مصالح به‌عنوان تقويت‌کننده ساختماني داشته باشد.

[امید عباسی]

گر چه سيمان پرتلند در مقدار وسيع در مواد دست ساز بشر بر روي زمين استفاده مي شود اما فهم مكانيزم اصلي ، حاوي ..............

خصوصياتش به طور طبيعي باقي مانده است . مراحلي كه در طول 1لحظات نخستين واكنش با آب اتفاق مي افتد ، مي تواند ساختارهاي بزرگ و ريز را تحت تاثير قرار دهد و اجراي طولاني مدت يك ساختار را در پي داشته باشد.
بيشتر واكنشهاي شيميايي كه عملكرد مواد سيماني را كنترل مي كند در مقياس نانو سنج (يك بيليون) اتفاق مي افتد ولي اكثر تحقيقات ، عمليات مهندسي گرفته اند و بر روي مرحله درشت (قابل ديد) متمركز شده اند. فقدان فهم جزييات مولكولي از رشد چشم گير تقريبا جلوگيري كرده و موج ناتواني در پيش بيني وضع آينده شده است. نياز براي آزمايش مكرر خصوصيات در تناسب درشت دانه اي مانع نوآوري و استخراج در scm هايي كه به طور گسترده اي در دسترس قرار دارند ، شده است كه به طور كلي در جا دادن انرژي اندك (جدول سمت راست را ببينيد) و غير سمي مي باشند.

در حال حاضر ، در هر ساختماني كه در آن از مواد سيماني جديد با عملكرد بالا استفاده مي شود ، نياز به تست زمان (طولاني كردن) دارد. با كسب دانش بنيادين ، اين مواد مي توانستند به جاي آزمايش و خطا با طراحي و پايه گذاري بر روي مدلهاي معتبر ، ساخته شوند.
هدايت در مسير صحيح :
در طول اين فعاليت بر روي اين مطلب يعني نانوسم ، 21 انجمن علمي به همراه 12 شريك صنعتي كه 5 شركت بزرگ توليد كننده سيمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 كشور اروپايي گسترش يافت و در طول يك چهارم قرن گذشته انقلابي در تكــــنيكهاي تجربي براي رسيدگي به مواردي مثل تشـــديد طيف بيني مغناطيســــي هستـــــه اي (nmr) و نيروهــاي ميكروسكوپي بوجود آورده اند و به شركاي نانوسم امكان دسترسي به ابزارهاي پيشرفته را داده است.
شركتهاي صنعتي خط شروع مالي براي شبكه ارتباطي فراهم كرده اند و راهنمايي با احترام به پيش بيني علايق بازار فراهم نموده اند. اعضاي انجمن علمي مجبور هستند كه حداقل يكي از پروژه هاي تحقيقاتي مستقل مالي را با شبكه ارتباطي تسهيم كنند و بايد تحقيقاتشان را به روش تعاوني و مكمل توسعه دهند .
كارگاههاي اصلي برگزار مي شوند تا قسمتهاي مهم خالي علمي را پيدا كنند و با ارتباط دادن پروژه هاي تحقيقاتي ، سعي در پر كردنشان نمايند.
اين كميته هدايت كننده شامل 5 نماينده از شركاي صنعتي و 5 نفر از انجمن علمي است . جلسات تجاري دو بار در سال برگزار مي شود . برنامه تحقيقاتي شبكه ارتباطي ، چهار پروژه اصلي و پروژه شريكي در دست اجرا داد كه شامل موارد زير است :
مجموعه هيدرات كه خود متشكل از كربن ، سولفور هيدروژن (c-s-h) مي باشد. در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيب وجهه هيدراتي ممكن نيست در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيبي هيدراتي كه از هيدرات يك سيستم سيماني منتج شده است ، ممكن نيست ، مخصوصا زماني كه (scm) هايي مثل خاكستر بادي يا سرباره شامل آنها مي شود. هدف اين پروژه ها تعيين مواد تشكيل دهنده و استحكام تركيب وجهي هيدرات است كه انتظار مـي رود ، در دماي بالاتر از 50 درجه سانتي گراد اتفاق بيفتد. اين تحقيق شامل پروژه هاي دكتراي تخصصي است كه به طور پيوسته توسط دانشگاه هاي ابردين aberdeen بريتانيا ، امپا empa در سوئيس و espcl در فرانسه هدايت مي شود.
ساختار منفذ توسط nmr : اين پروژه اميدوار است تا تنظيم جامعي بر روي هنرهاي غير مخرب ، ابزارهاي تكنيكي غير تهاجمي داشته باشد و آنها را قادر مي سازد ، ساختار منفذ هيدرات سيمانها را در حدي كه در آن منافذ با آب پر مي شوند و قابليت جابجايي آب در مواد اشباع كننده را تحليل كنند. نتيجه كار اجازه خواهد داد كه دوام و عملكرد بتن به طور بهتري پيش بيني شود . دو گروه از گروههاي هدايت كننده در منطقه چرخش پروتني را دانشگاههاي سوري surrey در بريتانيا و پلي تكنيك فرانسه را شامل مي شود.
فعل و انفعالات تركيبات آلب آلومينيم با اكسيد فلز : اين امر يكي از مشكلترين مباحث مربوط به اثر سيمان و فوق روان كننده (خمير كننده) در بتن است. براي مثال شتاب فوق خميريازي بر روي فرمهاي غير فعال ( كه صورت تركيب آلي آلومينيم با اكسيد فلز ناميده مي شود) در طول مراحل اوليه تركيب سازي بتن مي باشد.
اين پديده شناخته شده ، منتهي به مصرف مقدار زياد فوق خميرساني در بسياري از بتن ها و بوجود آمدن مشكلات كاربردي جدي ، زماني كه مواد خام يا شرايط تركيب تغيير كرده اند ، مي شود. اين تحقيق توسط سيكا در سوئيس و espc هدايت مي شود.
واكنش پذيري سيستم سيماني : در پروژه دكتــــري تــوسط epfl در سوئيس و dtu در دانمارك و دانشگاه آرهوس aarhus دانمارك و دانشگاه ليدز leeds در بريتانيا در دست تحقيق است كه بر روي توسعه يك روش براي تشخـــــــيص درجه عكس العمل قسمت جوش سيماني و به طور مستقل scm ها در سيمانهاي چسبيده است.

شريك شدن :
پروژه هاي شركتي در محدوده شبكه ارتباطي ماننده تحقيقات در دست اجراي دانشگاههاي bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روي پيوستگي و ساختار c-s-h در مقياس نانو از بنياد تا كاربرد است . براي مثال در موسسه تكنولوژي دنيش danish ، مطالعه اي بر روي مكانيزم زيباشناختي ظاهري بتن بر روي ساختار سرتاسري صورت پذيرفته است.
تحقيق و تعليم : علاوه بر هسته تحقيقات نانوسم كه بوسيله شركاي صنعتي در حدود 500 هزار يورو در هر سال از لحاظ مالي تامين مي شود ، مركز مالي eu ، 2/3 ميليون يورو براي چهار سال تحقيق و تعليم پروژه (rtn) شبكه ارتباطي تحت برنامه ماري كوري ، برنده شده است.
اين پروژه فهم اساسي مواد سيماني براي بهبود عملكرد زيباشناختي فيزيكي و شيميايي نام نهاده شده و بين 10 پروژه دكتري و 5 پروژه فوق دكتري تقسيم شده است كه هر كدام بين دو يا چند شريك قسمت مي شود. محققان زماني براي هر منطقه شراكتي در طول پروژه صرف مي كنند .
موضوعات به چهار گروه تقسيم مي شود : كاستن قالب سيمان : اين موضوع بع طور اوليه فروسايي سيمان با تاكير بر حملات سولفات رامي پذيرد . نيروي سايش نيز در اين موضوع مد نظر گرفته مي شود . اين كار ساخت مدل كلي عملكرد سيمان را تامين مي كند.
بررسي فيزيكي و مكانيكي عملكرد : اين مقياسهاي طولاني ، بررسيهاي ارتباطي نانو ، ماكرو و ساختــــاري بزرگ براي توسعه ابزارهاي در جهت ارزش گذاري عملكرد مهندسي را احاطه مي كند. اين تحقيق به توسعه اصول تكنيكي و مدلها براي استفاده توسط مهندسين را متحمل مي شود.
مواد سيماني جديد : در اين گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمي و مهندسي بكار گرفته مي شوند تا عملكرد مواد سيماني بر سطح و حجم را بهبود بخشند. اين كاريك رشته نوآوريهاي لازم براي بهبود عملكردي و زيباشناختي در طول افزودن محلي را مي پذيرد.
پروژه هاي متقاطع : اين پروژه ها وروديهاي مهم براي موضوعي كه در بالا اشاره شده است را تامين مي كند . آنها scmهايي را كه به طور افزايشي استفاده مي شوند ، در تركيب با جوش سيمان پورتلند ، در علايق قابل تحمل پوشش داده اند.
دستاوردهاي جاه طلبانه :
شبكه ارتباطي نانو ، خود يك منبع ساختماني جديد ذهني جاه طلبانه تنظيم كرده كه در دستاورد موثري بر تحقيقات اروپايي بر روي مواد سيماني مي باشد.
به طور كلي انجمنهاي علمي كوچك و اغلب مجزا ، طرحهايي براي انجمنهاي سرمايه گــذاري بين المللي مي سازند و در رقابت با ديگر گروههاي مواد علمي و ديسيپلين هاي مهندسين عمران ارزش گذاري مي شوند. اغلب مسائلي ناشناخته قابل توجهي درباره اين كار در ديگر كــشورها اتفاق مي افتد و چنين كارهايي هيچ گاه منتشر نمي شوند. اين امر منتهي به دو برابر شدن تلاشهاي تحقيقاتي و مطالعه زياد پارامتري شده است. جايي كه نتايج فقط براي تركيب خاصي از مطالعه مواد خام در دسترس هستند.
نانوسم تلاش بيشتري را براي روشن كردن پروژه ها و جمع آوري تجربيات همه شركا انجـــــام ميدهد

[امید عباسی]

تأثیر فناوری نانو بر آسفالت

مقدمه

در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“ با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه‌ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است. به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است. در سال 2005 ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می‌رسید



در سال 2005 ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می‌رسید. بنابراین صنعت آسفالت-قیر به یک تحول نیاز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوری نانو را دیده و مزایای آن را درک نمایند.
دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل بزرگراه‌های فدرال (FHWA)، می‌گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می‌افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می‌گذارند.“
بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می‌تواند به طور خود به خودی ترک‌ها را اصلاح نماید، قبلاً تولید شده است. این پیشرفت قابل ملاحظه با استفاده از یک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و یک آغازکننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی ایجاد شده است.
یک ترک در حال ایجاد موجب گسستن میکروکپسول‌های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می‌چسباند.
این روش می‌تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک‌های خود را اصلاح می‌کند. لیوینگستون می‌گوید: ”هیچ‌کس نمی‌تواند برای رشد این فناوری زمانی را پیش‌بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت‌های موجود بسیار هیجان‌آور می‌باشند.“
با این حال، برای استفاده‌کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، یا نبود تأخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی‌های جدی آنها را برطرف نمی‌سازد.
محیط زیست عامل اصلی تأثیرگذار در فرایند تصمیم‌گیری برای پروژه‌های بزرگراه در بسیاری از کشورها است. مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده‌ها از دیدگاه زیست‌محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش
مهم از فرآیند تصمیم‌گیری است. دیدگاه‌های زیست‌محیطی موجب تسریع پیشرفت‌های فنی و اجتماعی می‌شوند. نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم‌تر از تمام پیشرفت‌های علمی می‌باشند.
یکی از این اهداف بستن چرخه مواد یا استفاده صد در صدی از مواد قابل بازیافت در ساخت جاده است. صنعت در این زمینه تجربه زیادی در مورد استفاده از محصولات فرعی در آسفالت به دست آورده است.



مثال‌هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شیشه‌دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌های شهری، خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر‌های خرد شده، پلاستیک حاصل از سیم‌های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه.
با این حال، استفاده موفقیت‌آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در زمینه منابع و ویژگی‌های آنها بوده و معمولاً در سطح پایینی قابل انجام است. در این حالت امکان بررسی پیوسته عملکرد آسفالت نیز وجود دارد که خود موضوعی مورد بحث است.
با این حال، مطابق گفته‌های مارک بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت‌سازی آرام آریزونا، حمایت عمومی - نه تحقیقات علمی- کلید توسعه صنعت تولید آسفالت با استفاده از محصولات فرعی است.
پرژه آریزونا ارزشی معادل 34 میلیون دلار داشته و در همین سال به پایان خواهد رسید. این پروژه تقریباً 70 درصد (185 کیلومتر)آزادراه ناحیه فونیکس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولانی صدای ناشی از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.
آسفالتِ دارای لاستیک تنها درصد بسیار کم و تقریباً بی‌اهمیتی از درآمد صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می‌دهد، اما بلشه می‌گوید که با افزایش رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت.
به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل مجموعه‌ای از تولید‌کنندگان تایر و شرکت‌های آسفالت‌سازی می‌باشد، یک اتصال‌دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تایرهای کهنه‌ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده‌اند، تولید می‌شود. این اتصال دهنده
در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می‌شود.این ماده می‌تواند به عنوان یک ماده الاستیک مابین مواد متراکم دیگر عمل نموده و از این طریق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومی به این محصول بسیار خوب است.
بلشه می‌گوید: ”افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده‌اند، همواره سعی کرده‌اند که آن را به دلیل ویژگی‌های مهندسی بسیار عالی‌اش به فروش برسانند. امّا بیش از هر چیز این محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت این قضیه، استقبال عمومی قرار دارد.“
وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) سه سال پیش یک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استیشن در ناحیه آریزونا به کار برد. بلشه می‌گوید که به محض اتمام آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن‌ها و ایمیل‌ها را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم‌صداتر حکایت داشت.
البته همه چیز آسفالت لاستیک کامل نیست. این مخلوط باعث ایجاد بخار و بو در فرآیند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازیافت بودن آن بحث وجود دارد. این آسفالت نسبت به آسفالت‌های معمول بسیار گران‌تر بوده و آسفالت‌کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که باید در یک بازه دمایی معین انجام شود، دچار مشکل باشند.
ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومی درست باشد، اما روی دیگر سکه این است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عین حال دارای اثرات زیست‌محیطی کمتر، افزایش یافته است. این امر باعث تمرکز بیشتر تحقیقات بر روی مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.
افزایش عمومی در میزان حمل و نقل، بار بیشتر بر روی محور، و فشار بیشتر تایر بر روی جاده، تقاضا برای آسفالت‌های قوی‌تر وبادوام‌تر را افزایش می‌دهد. حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می‌باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل برای تعمیرات جاده‌ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای تحقیق و توسعه مؤثر می‌گردد.

منابع :www.Nano.ir (http://www.nano.ir/)

[امید عباسی]

براي اولين بار توسط محققان مركز رشد نانو بتن دانشگاه تهران " بتن فوق سبک با مقاومت بالا " با فناوری نانو توليد شد. در اين اختراع ، محققان يكي از شركت هاي مركز رشد دانشگاه با استفاده از فناوري نانو و تغيير واکنش شيميايي بتن ، توانسته اند توليد بتن سبک ، با مقاومت بالا و وزن مخصوص 2/1 کيلوگرم و مقاومت 500 کيلوگرم بر سانتي متر را ممکن سازد. فکر اوليه ساخت اين بتن به مسابقات ساخت بتن سبک ACI آمريکا بر مي گردد که محققان شرکت ونديداد مستقر در مركز رشد دانشگاه تهران در دوران دانشجويي با شرکت در اين مسابقه موفق به کسب رتبه سوم جهاني در زمينه ساخت بتن سبک شده بودند.
پس از اين مسابقه ، خلاء موجود در صنعت بتن کشور باعث شد که اين تحقیقات ادامه يافته و به توليد بتن فوق سبک با مقاومت بالا منجر گردد.
در حال حاضر چون براي سبک کردن بتن از سنگ دانه ها استفاده مي شود و اين سنگ دانه ها به خودي خود مقاوم نيستند ، موجب کاهش استحکام و مقاومت بتن مي شوند ، از اين رو نمي توان استفاده ی سازه اي از آن کرد. محققان اين شرکت با انجام آزمايشات فراوان به اين نتيجه رسيدند که با تغيير در واکنش هاي شيميايي هيدراتاسيون هاي سيمان مي توان بتن سبک با مقاومت بالا توليد کرد که کاربري سازه اي داشته باشد, يعني بتوان به عنوان سازه باربر از آن استفاده نمود و اجزاء سازه اي مختلف بکار برد. بتن ريز ساختاري است که از هيدراتاسيون سيمان و افزودني ها ايجاد مي شود. کارايي و خواص بتن تا حد زيادي به مقدار و ابعاد ريزساختارهاي به کار رفته در آن مثل ذرات C-S-H ، ژل سيمان و کپيلاري­ها بستگي دارد. در اين بتن با اضافه کردن ذرات نانو ، در خلال هيدراتاسيون با تشکيل کريستالي از مواد نانو به دور مصالح بتن، ذرات نانو قرار گرفته در خمير سيمان ، به صورت توده اي متمرکز گسترش يافته و سرعت هيدراتاسيون سيمان را افزايش مي دهند. اين فرايند باعث افزايش مقاومت و سرعت گيرش بتن مي شود. بتني که با اين روش توليد مي شود در برابر نيروي کششي ، فشاري ، نفوذ پذيري و سايش بسيار مقاوم خواهد بود. ضمنا" علاوه بر آن با استفاده از نانو تکنولوژي و جذب کريستال هاي هيدروکلسيم و کاهش مقدار آن در بتن، باعث متراکم کردن ناحيه انتقالي و منافذ مي شود. و خلل و فرج موجود در ژل C-S-H را نيز پر مي کند و به متراکم تر شدن و مقاوم تر شدن بتن و کاهش نفوذپذيري آن کمک شاياني مي­کند. همچنين خواصي چون مقاومت ، شکنندگي ، خزش، افت ، دوام ، نفوذ پذيري و تخلخل همه متاثر از مصرف نانو مواد در بتن هستند.
منبع : سایت خبری دانشگاه تهران

[امید عباسی]

خلاصه
مواد نانو (Nanoparticular) به موادي گفته مي شود كه حداقل يكي ازابعاد آن (طول , عرض , ضخامت ) زير 100nm باشد . مواد نانو ساختار با توجه بهرفتارهاي بارزي كه از خود نشان داده اند مورد توجه بخش صنعت و دانشگاه در دهه هاياخير قرار گرفته اند . در اين ميان صنعت ساختمان با توجه به نيازهاي خود چه از نظراستحكام , مقاومت و دوام و نيز كارايي بالا از استفاده كنندگان مهم مواد نانوساختار (Nanostructure Materials ) به شمار مي رود
مقدمه:
مواد نانو به عنوان موادي كهحداقل يكي از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زير 100nmباشد تعريف شده اند ،يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است . به طوركلي ،در يك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو مواد را مي توان به صورت هاي زير بيانكرد : · فيلمهاي نانو لايه ( Nano Layer Thin Films ) براي كاربردهاي عمدتاًالكترونيكي · نانو پوششهاي حفاظتي (Nano Coating ) براي افزايش مقاومت در برابرخوردگي ، 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 تشكيلدهنده 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 وجوددارند ازجمله ذرات ، الياف ، گلوله و . . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپي تفاوت اساسيدارند . تغييرات اصولي كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواصجديد 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 توانبه عنوان مصالحي با عملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چندمنظوره ، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي مي باشد به گونه اي كهمصالح بتوانند كاربردهاي گوناگوني را ارائه نمايند .
در مطالب بعدي كه خواهدآمد مواد نانو ساختاري معرفي خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودن چنين موادي ميتوانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازي و صنايع وابسته به آن ايجاد كنند
2. مواد نانو كمپوزيت :
مواد نانو كمپوزيت برپايه پليمر (ماتريس پليمري ) اولين بار در سالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژيسول- ژل(Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو كاني درونماتريس پليمر استفاده شده است .
هرچند تحقيقات انجام شده در دو دهه گذشته برايتوسعه 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 .
دراين شرايط نانو آلومينا ، بهترين ساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميكنويد مي دهد . زيرا كاربرد اين مواد پديده اي است كه از نظر مكانيكي ، الكتريكي وخواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و در رشته هاي مختلف كاربرد دارد . ازجمله مي توان به چند نمونه اشاره كرد : · تكنولوژي نانو فلز آرتونايد كه اخيراً بهطور تجاري ، الياف نانويي آلومينا ، انقلابي در رشته سراميك بوجود آورده است . · ذرات نانويي غير فلز مانند : نانو سيليكا ، نانو زيركونيا و مواد ديگر اصلاح كنندهسراميك ها مي باشد.
3. بتن با عملكرد بالا ([1] (http://nano.ir/printpaper.php?PaperCode=151#_ftn1)HPC) :
يكي از چالشهايي كه در رشته مصالحساختماني بوجود آمده است ، بتن با عملكرد بالا(HPC ) مي باشد . اين نوع بتنمقاوم از نوع مصالح كامپوزيت بوده و از نظر دوام جزو مصالح كامپوزيت و چند فازيمركب و پيچيده مي باشد . خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي به نانو ساختار مادهزمينه 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 ساختمانيجديد و كاربرد آنها بسيار حائز اهميت مي باشد . روش معمولي براي توسعه بتن باعملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلحبا انواع مختلف الياف مي باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوامو خواص مكانيكي بهتر ، بتن با عملكرد بالاي چند منظوره (MHPC) خواص اضافهديگري را دارا مي باشد ، از جمله مي توان به خاصيت الكترو مغناطيسي ، و قابليت بهكار گيري در سازه هاي اتمي (محافظت از تشعشعات ) و افزايش موثر بودن آن در حفظانرژي ساختمانها و ... را نام برد.

[امید عباسی]

نانو سيليس آمورف :
در صنعت بتن ، سيليس يكي از معروفترين موادي است كه نقش مهمي درچسبندگي و پر كنندگي بتن با عملكرد بالا (HPC) ايفا مي كند .
محصولمعمولي همان سليكيافيوم يا ميكرو سيليكا مي باشد كه داراي قطري در حدود 1/0 تا 1ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليس حدود 90% مي باشد . مي توان گفت كه ميكروسيليكا محصولي است كه در محدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايش عملكردكامپوزيت مواد سيماني به كار برده مي شود .
محصول نانو سيليس متشكل از ذراتيهستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطر كمتر از 100nmيا بصورت ذرات خشكپودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي باشند ، كه مايع آن معمول تريننوع محلول نانو سيليس مي باشد ، اين نوع محلول در آزمايشات مشخص در بتن خودتراكم([2] (http://nano.ir/printpaper.php?PaperCode=151#_ftn2)SCC) به كار گرفته شده است . نانو سيليس معلق كاربردهاي چندمنظوره 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 ) باهيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكرو سيليكا بسيار سريع تر انجام گرفته و مقداربسيار كم اين مواد همان تاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميكرو سيليكا را در سنيناوليه دارا مي باشد .
تمام كارهاي انجام يافته بر روي كاربرد مواد نانو سيليسكلوئيدي (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ريولوژي ، كار پذيري ومكانيكي خمير سيمان بوده است . آنچه كه در اينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانوسيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومتر مي باشد.
5. نانو لوله ها : (NANOTUBES)
همان گونه كه در مقدمه مقالهمطرح شد معمولاً الياف براي مسلح كردن و اصلاح عملكرد مكانيكي بتن بكار برده ميشوند . امروزه از الياف فلزي ، شيشه اي ، پلي پروپلين ، كربن و . . . در بتن برايمسلح 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 مسلحكردن بوسيله نانو لوله ها استفاده كرد .
نانو لوله كربني توسطLIJIMAدرسال 1991 كشف شده است و كارهاي بسياري بر روي ساختار نانو در بخش فيزيك كوانتومانجام يافته است بطوري كه تحقيقات نوين بر روي تكنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهانينقش اساسي و اصلي بازي مي كند . كربن 60 و نانو لوله هاي نوين داراي ساختاري هستندكه آنها را از فولاد قوي تر و بسيار سبك مي كند بطوريكه مي توانند خميدگي و كشش رابدون شكستن تحمل نمايند و در آينده جايگزين الياف كربن خواهند شد كه در كامپوزيت هابه كار برده مي شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقيقات انجام شده در مركزتحقيقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ايران ) ، داراي مقاومت كششي بيش از هر نوعالياف بتني شناخته شده مي باشند و نيز نانو لوله ها خواص ويژه قابل ملاحظه حرارتي والكتريكي از خود نشان مي دهند ، بطوريكه هادي بودن حرارت آنها بيش از دو برابرالماس و هادي بودن الكتريكي آنها در حدود 1000 برابر فلز مس مي باشد .
نانولوله ها طبقه جديدي از محصولات مي باشند كه انقلابي جديد در زمينهمصالح و موادپيشرفته را بوجود آورده اند . يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره ميتوانند به عنوان نانو لوله هاي كربني در نقش الياف مسلح كننده مناسب آن مواد مورداستفاده قرار گيرند . بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي بدست آوردن هدفاصلي ذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختماني با عملكرد بالاي چند منظوره , بازي ميكنند.
6. نتيجه گيري:
منظور از مقالهارائه شده نشان دادن مصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوع مواد درصنعت ساختمان مي باشد ، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه هاي فراوانيبراي كارهاي نظري و عملي در دانشگاههاي كشور وجود دارد كه اميد است كه با معرفيمصالح با ساختار نانو راه براي گامهاي بلندتر در اين زمينه باز شود.
7.شكر و قدرداني :
از زحمات و مساعدت هاي استادگرانقدرم جناب آقاي دكتر صادقي كه در طول نوشتن مقاله از هيچ كوششي در كمك به بندهدريغ نكردند كمال تشكر و قدرداني مي شود
[1] (http://nano.ir/printpaper.php?PaperCode=151#_ftnref1)High Performance Concrete
[2] (http://nano.ir/printpaper.php?PaperCode=151#_ftnref2) Self Compacting Concrete
منبع : www.nano.ir
www.Hamkelasy.com

[امید عباسی]

نانوسم (nanocem) يك تحقيق جديد شبكه اروپاست كه بر روي مراحل توسعه اصول فني نانو (مقياس يك بيليوني) در مواد سيماني متمركز شده است.
بستهاي سيمان پورتلند ، اجزا اوليه فعال بتن هستند كه در بيشتر ساختمانهاي مدرن استفاده مي شوند . ديگر تشكيل دهنده هاي بتن ، آب و مصالح دانه اي ريز و درشت (مانند شن و سنگ) هستند.
بستها از جوش سيمان پورتلند با زمينه كمي از سولفات كلسيم ساخته شده اند و به طور متداول شامل پودرهاي ريز معدني مثل سنگ آهك ، پوزولان (معمولا خاكسترهاي آتش فشاني) ، خاكستر بادي (معمولا از زغال سوخته گياهان پر قدرت) و سرباره دانه اي كوره بلند ، هستند.
چنين گردهمايي به عنوان مواد سيماني تكميلي تلقي مي شوند زيرا آنها براي جايگزين شدن به جاي بيشتر چسب سيمانهاي گران استفاده مي شوند. مواد افزودني شيميايي مانند افزودني ها كاهنده آب ، فوق روان كننده ها (خمير كننده ها) ، كندگير كننده ها ، تند گير كننده هاي بتن و عوامل هوازا مي توانند به بتن در مقدار كم اضافه شوند تا خصلتهاي بتن را براي موارد استفاده خاص تغيير دهند.

توضيح درباره نانو :

گر چه سيمان پرتلند در مقدار وسيع در مواد دست ساز بشر بر روي زمين استفاده مي شود اما فهم مكانيزم اصلي ، حاوي خصوصياتش به طور طبيعي باقي مانده است . مراحلي كه در طول 1لحظات نخستين واكنش با آب اتفاق مي افتد ، مي تواند ساختارهاي بزرگ و ريز را تحت تاثير قرار دهد و اجراي طولاني مدت يك ساختار را در پي داشته باشد.
بيشتر واكنشهاي شيميايي كه عملكرد مواد سيماني را كنترل مي كند در مقياس نانو سنج (يك بيليون) اتفاق مي افتد ولي اكثر تحقيقات ، عمليات مهندسي گرفته اند و بر روي مرحله درشت (قابل ديد) متمركز شده اند. فقدان فهم جزييات مولكولي از رشد چشم گير تقريبا جلوگيري كرده و موج ناتواني در پيش بيني وضع آينده شده است. نياز براي آزمايش مكرر خصوصيات در تناسب درشت دانه اي مانع نوآوري و استخراج در scm هايي كه به طور گسترده اي در دسترس قرار دارند ، شده است كه به طور كلي در جا دادن انرژي اندك (جدول سمت راست را ببينيد) و غير سمي مي باشند.
در حال حاضر ، در هر ساختماني كه در آن از مواد سيماني جديد با عملكرد بالا استفاده مي شود ، نياز به تست زمان (طولاني كردن) دارد. با كسب دانش بنيادين ، اين مواد مي توانستند به جاي آزمايش و خطا با طراحي و پايه گذاري بر روي مدلهاي معتبر ، ساخته شوند.
هدايت در مسير صحيح :
در طول اين فعاليت بر روي اين مطلب يعني نانوسم ، 21 انجمن علمي به همراه 12 شريك صنعتي كه 5 شركت بزرگ توليد كننده سيمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 كشور اروپايي گسترش يافت و در طول يك چهارم قرن گذشته انقلابي در تكــــنيكهاي تجربي براي رسيدگي به مواردي مثل تشـــديد طيف بيني مغناطيســــي هستـــــه اي (nmr) و نيروهــاي ميكروسكوپي بوجود آورده اند و به شركاي نانوسم امكان دسترسي به ابزارهاي پيشرفته را داده است.
شركتهاي صنعتي خط شروع مالي براي شبكه ارتباطي فراهم كرده اند و راهنمايي با احترام به پيش بيني علايق بازار فراهم نموده اند. اعضاي انجمن علمي مجبور هستند كه حداقل يكي از پروژه هاي تحقيقاتي مستقل مالي را با شبكه ارتباطي تسهيم كنند و بايد تحقيقاتشان را به روش تعاوني و مكمل توسعه دهند .
كارگاههاي اصلي برگزار مي شوند تا قسمتهاي مهم خالي علمي را پيدا كنند و با ارتباط دادن پروژه هاي تحقيقاتي ، سعي در پر كردنشان نمايند.
اين كميته هدايت كننده شامل 5 نماينده از شركاي صنعتي و 5 نفر از انجمن علمي است . جلسات تجاري دو بار در سال برگزار مي شود . برنامه تحقيقاتي شبكه ارتباطي ، چهار پروژه اصلي و پروژه شريكي در دست اجرا داد كه شامل موارد زير است :
مجموعه هيدرات كه خود متشكل از كربن ، سولفور هيدروژن (c-s-h) مي باشد. در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيب وجهه هيدراتي ممكن نيست در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيبي هيدراتي كه از هيدرات يك سيستم سيماني منتج شده است ، ممكن نيست ، مخصوصا زماني كه (scm) هايي مثل خاكستر بادي يا سرباره شامل آنها مي شود. هدف اين پروژه ها تعيين مواد تشكيل دهنده و استحكام تركيب وجهي هيدرات است كه انتظار مـي رود ، در دماي بالاتر از 50 درجه سانتي گراد اتفاق بيفتد. اين تحقيق شامل پروژه هاي دكتراي تخصصي است كه به طور پيوسته توسط دانشگاه هاي ابردين aberdeen بريتانيا ، امپا empa در سوئيس و espcl در فرانسه هدايت مي شود.
ساختار منفذ توسط nmr : اين پروژه اميدوار است تا تنظيم جامعي بر روي هنرهاي غير مخرب ، ابزارهاي تكنيكي غير تهاجمي داشته باشد و آنها را قادر مي سازد ، ساختار منفذ هيدرات سيمانها را در حدي كه در آن منافذ با آب پر مي شوند و قابليت جابجايي آب در مواد اشباع كننده را تحليل كنند. نتيجه كار اجازه خواهد داد كه دوام و عملكرد بتن به طور بهتري پيش بيني شود . دو گروه از گروههاي هدايت كننده در منطقه چرخش پروتني را دانشگاههاي سوري surrey در بريتانيا و پلي تكنيك فرانسه را شامل مي شود.
فعل و انفعالات تركيبات آلب آلومينيم با اكسيد فلز : اين امر يكي از مشكلترين مباحث مربوط به اثر سيمان و فوق روان كننده (خمير كننده) در بتن است. براي مثال شتاب فوق خميريازي بر روي فرمهاي غير فعال ( كه صورت تركيب آلي آلومينيم با اكسيد فلز ناميده مي شود) در طول مراحل اوليه تركيب سازي بتن مي باشد.
اين پديده شناخته شده ، منتهي به مصرف مقدار زياد فوق خميرساني در بسياري از بتن ها و بوجود آمدن مشكلات كاربردي جدي ، زماني كه مواد خام يا شرايط تركيب تغيير كرده اند ، مي شود. اين تحقيق توسط سيكا در سوئيس و espc هدايت مي شود.
واكنش پذيري سيستم سيماني : در پروژه دكتــــري تــوسط epfl در سوئيس و dtu در دانمارك و دانشگاه آرهوس aarhus دانمارك و دانشگاه ليدز leeds در بريتانيا در دست تحقيق است كه بر روي توسعه يك روش براي تشخـــــــيص درجه عكس العمل قسمت جوش سيماني و به طور مستقل scm ها در سيمانهاي چسبيده است.

شريك شدن :

پروژه هاي شركتي در محدوده شبكه ارتباطي ماننده تحقيقات در دست اجراي دانشگاههاي bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روي پيوستگي و ساختار c-s-h در مقياس نانو از بنياد تا كاربرد است . براي مثال در موسسه تكنولوژي دنيش danish ، مطالعه اي بر روي مكانيزم زيباشناختي ظاهري بتن بر روي ساختار سرتاسري صورت پذيرفته است.
تحقيق و تعليم :

علاوه بر هسته تحقيقات نانوسم كه بوسيله شركاي صنعتي در حدود 500 هزار يورو در هر سال از لحاظ مالي تامين مي شود ، مركز مالي eu ، 2/3 ميليون يورو براي چهار سال تحقيق و تعليم پروژه (rtn) شبكه ارتباطي تحت برنامه ماري كوري ، برنده شده است.
اين پروژه فهم اساسي مواد سيماني براي بهبود عملكرد زيباشناختي فيزيكي و شيميايي نام نهاده شده و بين 10 پروژه دكتري و 5 پروژه فوق دكتري تقسيم شده است كه هر كدام بين دو يا چند شريك قسمت مي شود. محققان زماني براي هر منطقه شراكتي در طول پروژه صرف مي كنند .
موضوعات به چهار گروه تقسيم مي شود : كاستن قالب سيمان : اين موضوع بع طور اوليه فروسايي سيمان با تاكير بر حملات سولفات رامي پذيرد . نيروي سايش نيز در اين موضوع مد نظر گرفته مي شود . اين كار ساخت مدل كلي عملكرد سيمان را تامين مي كند.
بررسي فيزيكي و مكانيكي عملكرد : اين مقياسهاي طولاني ، بررسيهاي ارتباطي نانو ، ماكرو و ساختــــاري بزرگ براي توسعه ابزارهاي در جهت ارزش گذاري عملكرد مهندسي را احاطه مي كند. اين تحقيق به توسعه اصول تكنيكي و مدلها براي استفاده توسط مهندسين را متحمل مي شود.
مواد سيماني جديد : در اين گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمي و مهندسي بكار گرفته مي شوند تا عملكرد مواد سيماني بر سطح و حجم را بهبود بخشند. اين كاريك رشته نوآوريهاي لازم براي بهبود عملكردي و زيباشناختي در طول افزودن محلي را مي پذيرد.
پروژه هاي متقاطع : اين پروژه ها وروديهاي مهم براي موضوعي كه در بالا اشاره شده است را تامين مي كند . آنها scmهايي را كه به طور افزايشي استفاده مي شوند ، در تركيب با جوش سيمان پورتلند ، در علايق قابل تحمل پوشش داده اند.
دستاوردهاي جاه طلبانه :
شبكه ارتباطي نانو ، خود يك منبع ساختماني جديد ذهني جاه طلبانه تنظيم كرده كه در دستاورد موثري بر تحقيقات اروپايي بر روي مواد سيماني مي باشد.
به طور كلي انجمنهاي علمي كوچك و اغلب مجزا ، طرحهايي براي انجمنهاي سرمايه گــذاري بين المللي مي سازند و در رقابت با ديگر گروههاي مواد علمي و ديسيپلين هاي مهندسين عمران ارزش گذاري مي شوند. اغلب مسائلي ناشناخته قابل توجهي درباره اين كار در ديگر كــشورها اتفاق مي افتد و چنين كارهايي هيچ گاه منتشر نمي شوند. اين امر منتهي به دو برابر شدن تلاشهاي تحقيقاتي و مطالعه زياد پارامتري شده است. جايي كه نتايج فقط براي تركيب خاصي از مطالعه مواد خام در دسترس هستند.
نانوسم تلاش بيشتري را براي روشن كردن پروژه ها و جمع آوري تجربيات همه شركا انجـــــام ميدهد.





برگردان : مهسا صادقيان ، نويد فرجو


برگرفته از: civilico.com

[امید عباسی]

باتوجه به رشد سریع تحقیقات علمی و عملی علوم و فنون نانودر کلیه علوم وصنایع توجه بسیار کمی به کاربردهای این پدیده در صنعت ساختمان و بطور عامدر ساخت و ساز شده است ولی اخیراً با توجه به تقویت کننده ها و استحکامدهنده های نانویی در مصالح ساخت و ساز موج جدیدی با شتاب فزاینده ای صنعتساخت و ساز را در بر گرفته است.

سيليسيم دي اكسيد يا سيليكا فراوان‌ترين ماده سازنده پوسته زمين است. اينتركيب با فرمول شيميايي SiO2 ساختاري شبيه الماس دارد، ماده‌اي بلوري وسفيد رنگ است دماي ذوب و جوش آن نسبتاً زياد است و در طبيعت به دو شكلبلوري و آمورف (بي شكل)‌يافت مي‌شود.

کاربرد مهم سيليس در توليد انواع بتن است كه كيفيت و خواص محصول توليد شدهآن بستگي زيادي به نوع و اندازه ذرات سيليكا دارد. و نانو لوله های کربنیدارای دانسیته بسیار کم نسبت به فولاد و آلومینیوم می باشد. بطوریکهدانسیته آن تقریباً یک پنجم دانسیته فولاد و یک سوم دانسیته آلومینیوم میباشد. از کاربردهای مهم نانو لوله ها در ساخت سازه های سبک و مقاوم درمقابل کشش مطرح است که با کاهش وزن سازه مقاومت آن در مقابل زلزله بدلیلکاهش نیروهای وارده به سازه افزایش می یابد.در اينجا به بررسي اهميت واثرات استثنايي سيليسيم در بتن تأكيد مي‌شود.



کاربرد مواد نانو در ساختمان سازی

مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن ( طول و عرض و ضخامت ) زير 100 nm نانو متر باشد تعريف شده اند. يك نانو متر يك هزارم ميكرون ياحدود 100000 برابر كوچكتر از ضخامت موي انسان است. خواص فيزيكي و شيمياييمواد نانو ( در شكل و فرم هاي متعددي كه وجود دارند از جمله ذرات ، الياف، گلوله و غيره ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپي نوع ديگر تفاوت اساسيدارند.تغييرات اصولي كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكي اندازه بلكه ازنظر خواص جديد آنها در سطح مقياس نانو مي باشد.

يكي از چالش هايي كه در رشته مصالح ساختماني به وجود آمده است بتن باعملكرد بالا (HPC) مي باشد مثلاً بتن مقاوم و با دوام يك مصالح كامپوزيت وچند فازي مركب و پيچيده مي باشد.

خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي به نانو ساختار ماده زمينه اي بتن وسيماني داردكه چسبندگي، پيوستگي و يكپارچگي را بوجود مي آورد. بنابراينمطالعات ساختار بتن و خمير سيمان در مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختمانيجديد و كاربرد آنها بسيار حائز اهميت مي باشد.

به هر حال روش معمولي براي توسعه بتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلفالياف مي باشد. تا اندازه بسيار زيادي، اين روش كار اغلب توسط روابط داخليصنعت ساختمان مي باشد كه دليل كندي پيشرفت در صنعت ساختمان عدم درك عميقاز مفهوم مصالح ساختماني مي باشد. در گسترده جديد علم و تكنولوژي نانوديگر اين قبيل فعاليت ها بي معني بوده و نياز به شناخت و مطالعه دقيق ازمصالح ساختماني دارد و اين فعاليت بايد به روش علمي جهت يافتن مصالح نسلجديد و با عملكرد بالا ونيز اقتصادي كردن آنها دنبال گردد. در مثال هايعملي و به طور مشخص در بتن ، اين تحقيقات تنها زماني مي تواند به جامعهعمل بپيوندد كه درك مناسب از مفهوم ريز ساختار سيمان در مقياس نانو و ديگرساختار ها وجود داشته باشد .

هدف اصلي و نهايي ، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكرد بالا ميباشد كه آنرا مي توان به مصالح با عملكرد بالاي چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملكرد چند منظوره، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص موادمعمولي مي باشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربرد هاي گوناگوني را ارائهنمايند.

در خصوص بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوام بهتر و خواص مكانيكيبهتر بتن با عملكرد بالاي چند منظوره خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد. ازجمله اين خواص به عنوان مثال مي توان خاصيت الكترومغناطيسي بكارگيري درحرارت هاي بالا و محافظت هاي اتمي و افزايش مؤثر بودن آن در حفظ انرژيساختمان و غيره را نام برد.

علاوه بر اين به كار گيري مصالح نانو مي تواند به ساختار هاي جديدبيانجامد، به طوري كه ديگر به منابع طبيعي در ساخت و ساز وابسته نباشد وبتوان در حفظ اين منابع كوشيد. اين مي تواند با اصلاح ساختار ها در مقيلسنانو انجام شود يا با به كارگيري ساختارهاي مختلف و ارتقاء واكنش هاياتفاق افتاده به طوري كه خواص سطوح مخصوص زياد آنها يا خواص بنيادين آنها ( از جمله ) نفوذپذيري ، خواص مغناطيسي ، الكتريكي هادي حرارت بهبود مييابد.نانو تکنولوژی یک نیاز و رقابتی جهت حفظ محیط زیست و رشد نوآوری درصنعت ساخت و ساز می باشد. درحقیقت یک نوع زندگی و راه جدید برای آینده بشرمی باشد. فکر کردن در اشل نانو راه جدید برای زندگی جدید می باشد.

نانو سيليس آمورف :

چنانکه دیده می شود ، یکی از ترکیبات موجود در بتن سیلیکاتهای مختلفی استکه در ضمن واکنش تولید می شود به همین دلیل می توان گفت سیلیس یکی ازمهمترین بخش بتن است و اهمیت زیادی در چسبندگی ،مقاومت و کارایی بتن دارد . اکسید سیلیس با انجام واکنش های شیمیایی با هیدراکسید کلسیم آزاد شدهموجود در بتن را مصرف می کنند و از خاصیت قلیایی آن می کاهند و در کنار آببصورت شوره از بتن خارج می شوند. و از خوردگی آرماتورهای فولادی قرارگرفته در بتن جلوگیری می کند .

محلول نانويي سيليس ( Nanosilica ) دي اكسيد سيليس ( Sio2 ) است كه اندازهذرات آن در ابعاد نانو متر مي باشد. محلول نانو سيليس متشكل از ذراتيهستند كه گلوله شكل با قطر كمتر از 100 nm يا به صورت ذرات خشك پودر يا بهصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي باشند ، كه مايع آن معمول تريننوع محلول نانو سيليس معلق كاربرد هاي چند منظوره مانند خاصيت ضد سايش ،ضد حريق، ضد انعكاس سطوح از خود نشان مید هد.

اين آزمايشات نشان داده اند كه واكنش محلول نانو سيليس ( Ccolloidal silica ) با هيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكرو سيليكا بسيار سريع ترانجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همان تأثير پوزولاني مقدار بسياربالاي ميكروسيليكا را در سنين اوليه دارا مي باشد. اين خاصيت ماده ، بدليلريز بودن ذرات محلول نانو سيليس معلق مي باشد. هيچ جاي تعجب نيست كه ذراتميكروسيليكا نوعاً داراي سطح مخصوص N2 شامل m2g 25-15 مي باشد، در صورتيكه ذرات محلول نانو سيليس 180-m2g مي باشند. تحقيقات كاربردي انجام شدهشامل كاربرد نتايج نانو سيليس ( nano silica ) به شكل محلول آن در گروت ميباشد. آزمايشات خواص ريولوژي فرمول گروت در مقايسه با گروت ميكروسيليكا،هيچ جدا شدگي و آب اندازي از خود نشان نداده و نيز مقاومت فشاري 28 روزهبيش از mpa 155 را بدست مي دهد.

اضافه کردن نانوذرات سیلیکا (nano sio2) به ملات سیمان باعث بهبود مقاومتفشاری و خمشی ملات نسبت به ملات معمولی گردیده است. در این طرح خصوصیاتنانوذرات سیلیکا با مشخصات مندرج در جدول زیر در سیمان استفاده شده اند. ودر ضمن به ملات سیمان ماده پراکننده ذرات نانو (UNF) و حباب زدا برای کاهشحبابهای هوا در داخل بتن اضافه می شود.




گزارش آزمایش:

شش نمونه از هر كدام گروهبندي براي هر نوع مخلوط انجام شده و سپس در درجهحرارت 21 ( QOC ) زير آب براي 14 و 28 روز نگهداري شدند. سيمان مصرفي درتمام نمونه ها ثابت نگهداشته شده 100 gr و نسبت آب به سيمان 36/0 و w/c=0.33 و براي مخلوط هاي نانو سيليكا و نانو تيوب انتخاب شده اند. مصرفسيليس مايع به صورت سوسپانسيون مخلوط مستقيم به آب مخلوط اضافه شده و سپسپودر سيليس به سيمان افزوده شده بود .در صورتي كه نانو تيوب در آب مخلوطبتن انتشار يافته و هم زده تا 10 دقيقه وسپس براي حدود 30 دقيقهالكتراسونيك شده در حوضچه 400 w و سپس با سيمان مخلوط مي گردند.

هيچ فوق روان كننده اي براي مخلوط نانو سيليكا افزوده نشده بود ، به خاطراينكه قصد مطالعه نقش نانو سيليكاي خالص بر خمير سيمان را داشتيم. درصورتي كه در مصرف نانو تيوب هيچ نوع سرفكتنت استفاده نشده به همين خاطر سرفكتنت پيشنهادي براي انتشار نانو تيوب ها با سيمان همخون نيستند.



نتايج :

می توان نتیجه گرفت که مقاومت خمشی و فشاری ملات سیمان با افزودن نانوذرات سیلیکا
(Nano-Sio2)بیشتر از مقاومت ملات سیمان معمولی است. در صورتیکه با افزایشنسبت نانوذرات سیلیکا مقاومت فشاری 28 روزه افزایش می یابد. و اینکهنانوذرات بعنوان یک ماده پرکننده حفره های سیمان را پر می کنند و به مانندفوم سیلیکا مقاومت بتن را افزایش می دهند .

[امید عباسی]

استفاده از فناوري‌نانو در پنجره‌هاي کليسا (87/08/06 )
گروهي از محققان دانشگاه فناوري کوئينزلند، در کشف اخير خود نشان داده‌اند که پنجره‌هاي شيشه‌اي رنگي‌اي که با طلا رنگ شده‌اند، با قرار گفتن تحت تابش نور خورشيد، هوا را تصفيه مي‌کنند. به گفته زو هاي يانگ، استاديار اين دانشگاه، اين کارهاي هنري به زبان مدرن، تصفيه‌کننده هواي فوتوکاتاليستي با کاتاليست طلايي نانوساختار هستند. بنا به نظر وي، شيشه‌گرهاي قرون وسطا نخستين متخصصان فناوري‌نانو بوده‌اند، زيرا به کمک نانوذراتي در اندازه‌هاي مختلف، رنگ‌هاي متنوعي به شيشه‌هاي خود مي‌داده‌اند.
پروفسور زو عنوان کرد که تعداد زيادي از پنجره‌هاي کليسا در سطح اروپا، با شيشه‌هاي رنگي‌اي که با نانوذرات طلا رنگ‌دار شده‌اند، آذين شده‌اند. وي گفت:«براي چندين قرن، مردم تنها به کارهاي هنري زيبا و ماندگاري زياد رنگ‌ها اهميت مي‌دادند؛ اما اخيراً متوجه‌ شده‌اند که اين کارهاي هنري به زبان مدرن، تصفيه‌کنندة هواي فوتوکاتاليستي با کاتاليست طلايي نانوساختار هستند».
بنا به اظهارات وي، ذرات طلاي کوچکي که به‌وسيلة نور خورشيد به آنها انرژي داده شده‌است، قادرند تا آلاينده‌‌هاي هوايي چون مواد شيميايي آلي فرار يا VOCها را نابود کنند. وي با اعلام اينکه اين آلاينده‌ها اغلب در شرايط مناسب از فرش‌ها، رنگ و لوازم خانگي جديد منتشر مي‌شوند، گفت:«اين VOCها به مرور زمان از ديوارها و لوازم خانه جدا شده، بوي جديدي را در فضاي منزل ايجاد مي‌کنند؛ البته اين مواد همانند متانول و مونوکسيد کربن حتي در مقادير کم هم براي سلامت مضرند».
وي افزود:«ذرات بسيار کوچک طلا تحت نور خورشيد بسيار فعالند. ميدان الکترومغناطيسي نور خورشيد مي‌تواند با نوسانات الکترون‌ها در ذرات طلا جفت شده، يک تشديد ايجاد كند و به اين ترتيب، ميدان مغناطيسي موجود بر روي سطح نانوذرات طلا مي‌تواند تا صد برابر تقويت شود. چنين ميداني مولکول‌هاي آلايندة هوا را تجزيه‌ مي‌کند».
پروفسور زو گفت که محصول جانبي اين فرايند، دي‌اکسيد کربن است که در مقادير پايين(مقادير توليدشده در اين فرايند) مادة نسبتاً بي‌خطري است.
وي با اشاره به اينکه استفاده از نانوذرات طلا براي راه‌اندازي واکنش‌هاي شيميايي، فرصت‌هاي تحقيقاتي جديدي را براي دانشمندان ايجاد كرده‌است، گفت:«اين فناوري يک فناوري خورشيدي است و از آنجايي که تنها به ذرات طلا حرارت داده مي‌شود، بازده انرژي بالايي دارد. در واکنش‌هاي شيميايي معمولي شما بايد همه ‌چيز را گرم کنيد، اين امر، انرژي را هدر مي‌دهد. اگر که اين فناوري در توليد مواد شيميايي خاص در دماي محدود قابل ‌استفاده باشد، شاهد تغييرات شگرفي در جنبه‌هاي اقتصادي و محيطي فرايندهاي توليدِ مواد شيميايي خواهيم بود.»

http://www.physorg.com/news138532585.html (http://www.physorg.com/news138532585.html)

[امید عباسی]

تاریخچه

در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“

با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه‌ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است كه کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است.

به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است.در سال 2005 ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می‌رسید. بنابراین صنعت آسفالت-قیر به یک تحول نیاز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوری نانو را دیده و مزایای آن را درک نمایند.

دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل بزرگراه‌های فدرال (FHWA)، می‌گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می‌افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می‌گذارند.“
بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می‌تواند به طور خود به خودی ترک‌ها را اصلاح نماید، قبلاً تولید شده است. این پیشرفت قابل ملاحظه با استفاده از یک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و یک آغازکننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی ایجاد شده است.

یک ترک در حال ایجاد موجب گسستن میکروکپسول‌های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می‌چسباند.

این روش می‌تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک‌های خود را اصلاح می‌کند. لیوینگستون می‌گوید: ”هیچ‌کس نمی‌تواند برای رشد این فناوری زمانی را پیش‌بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت‌های موجود بسیار هیجان‌آور می‌باشند.“

با این حال، برای استفاده‌کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، یا نبود تأخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی‌های جدی آنها را برطرف نمی‌سازد.

محیط زیست عامل اصلی تأثیرگذار در فرایند تصمیم‌گیری برای پروژه‌های بزرگراه در بسیاری از کشورها است. مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده‌ها از دیدگاه زیست‌محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش مهم از فرآیند تصمیم‌گیری است. دیدگاه‌های زیست‌محیطی موجب تسریع پیشرفت‌های فنی و اجتماعی می‌شوند. نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم‌تر از تمام پیشرفت‌های علمی می‌باشند.

یکی از این اهداف بستن چرخه مواد یا استفاده صد در صدی از مواد قابل بازیافت در ساخت جاده است. صنعت در این زمینه تجربه زیادی در مورد استفاده از محصولات فرعی در آسفالت به دست آورده است.

مثال‌هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شیشه‌دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌های شهری، خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر‌های خرد شده، پلاستیک حاصل از سیم‌های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه.

با این حال، استفاده موفقیت‌آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در زمینه منابع و ویژگی‌های آنها بوده و معمولاً در سطح پایینی قابل انجام است. در این حالت امکان بررسی پیوسته عملکرد آسفالت نیز وجود دارد که خود موضوعی مورد بحث است.

با این حال، مطابق گفته‌های مارك بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت‌سازی آرام آریزونا، حمایت عمومی - نه تحقیقات علمی- کلید توسعه صنعت تولید آسفالت با استفاده از محصولات فرعی است.

پرژه آریزونا ارزشی معادل 34 میلیون دلار داشته و در همین سال به پایان خواهد رسید. این پروژه تقریباً 70 درصد (185 کیلومتر)آزادراه ناحیه فونیكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولانی صدای ناشی از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.

آسفالتِ دارای لاستیک تنها درصد بسیار کم و تقریباً بی‌اهمیتی از درآمد صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می‌دهد، اما بلشه می‌گوید که با افزایش رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت.

به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل مجموعه‌ای از تولید‌کنندگان تایر و شرکت‌های آسفالت‌سازی می‌باشد، یک اتصال‌دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تایرهای کهنه‌ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده‌اند، تولید می‌شود. این اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می‌شود.این ماده می‌تواند به عنوان یک ماده الاستیک مابین مواد متراکم دیگر عمل نموده و از این طریق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومی به این محصول بسیار خوب است.

بلشه می‌گوید: ”افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده‌اند، همواره سعی کرده‌اند که آن را به دلیل ویژگی‌های مهندسی بسیار عالی‌اش به فروش برسانند. امّا بیش از هر چیز این محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت این قضیه، استقبال عمومی قرار دارد.“

وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) سه سال پیش یک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استیشن در ناحیه آریزونا به کار برد. بلشه می‌گوید كه به محض اتمام آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن‌ها و ایمیل‌ها را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم‌صداتر حکایت داشت.

البته همه چیز آسفالت لاستیک کامل نیست. این مخلوط باعث ایجاد بخار و بو در فرآیند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازیافت بودن آن بحث وجود دارد. این آسفالت نسبت به آسفالت‌های معمول بسیار گران‌تر بوده و آسفالت‌کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که باید در یک بازه دمایی معین انجام شود، دچار مشکل باشند.

ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومی درست باشد، اما روی دیگر سکه این است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عین حال دارای اثرات زیست‌محیطی کمتر، افزایش یافته است. این امر باعث تمرکز بیشتر تحقیقات بر روی مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.
افزایش عمومی در میزان حمل و نقل، بار بیشتر بر روی محور، و فشار بیشتر تایر بر روی جاده، تقاضا برای آسفالت‌های قوی‌تر وبادوام‌تر را افزایش می‌دهد. حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می‌باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل برای تعمیرات جاده‌ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای تحقیق و توسعه مؤثر می‌گردد.

[امید عباسی]

اعجاز فن آوري نانو در ضد آب كردن مصالح ساختماني (عمر طولاني، صرفه اقتصادي و سازگاري با محيط زيست)






خلاصه :


ضد آب كردن مصالح ساختماني در طول هزاره اخير هميشه مشكلي فراگير بوده است. بعلت نبود آشنايي با سطح نانويي مصالح ساختماني، اين مشكل كاملاً مورد بررسي قرار نگرفته است. پيشرفتهاي اخير در علم و فن آوري، عملاً امكان استفاده از آخرين فن آوري نانو در توليد محصولات ارگانو سيليكون (Organo-Silicon) و سازگار با محيط زيست براي ضد آب كردن انواع مختلف مصالح ساختماني را فراهم ساخته است. فن آوري نانو تضمين كرده است كه عمر اين نوع خدمات بيش از بيست تا سي سال با هزينه اي بسيار مقرون به صرفه معادل 6000 تا 15000 ريال براي هر متر مربع مي باشد


معرفي:
وجود رسوخ در مصالح ساختماني، نشت آب بعلت خلل و فرج داخلي و تركهاي ريز، مسئله اي شناخته شده است. ضد آب سازي نوعي عمل كردن است كه انتظار مي رود مصالح را در مقابل آب نفوذ ناپذير كند. فن آوري ها و پيشرفت هاي زيادي در توليد محصولات ضد آب سازي در طول 50 سال گذشته بويژه در استفاده از شيمي پليمري پايه و بسياري محصولات ديگر صورت گرفته است.


ضد آب سازي:




يكي از اهداف ضد آب سازي حفظ و نگهداري زيبايي در مقابل موارد زير است:


پوسته شدن رنگ

تاول هاي رنگ

قارچ

كپك و زنگ گياهي

شوره







مسئله مهم ديگري كه در ضد آب سازي به آن پرداخته مي شود جلوگيري از تضعيف مقاومت مصالح ساختماني بتني، بويژه در اثر واكنش هاي آلكالي سيليكا ( ASR )، باران اسيدي، آسيب سولفات و غيره مي باشد. ضد آب سازي همچنين مانع نفوذ كلريد ،عامل خوردگي ميله هاي فلزي بتن مسلح، مي باشد.


مشكلات مرتبط با آب :


بيشتر مصالح ساختماني تخلخل بسياري دارند و در سطح داراي گروه هاي هيدروكسيل هستند. اين گروه هاي هيدروكسيل بخاطر شباهت با ساختار آب و ويژگي آب دوستي، جاذب آب هستند. بنابراين بيشتر مصالح ساختماني به راحتي خيس مي شوند و در منافذشان آب جذب مي كنند. اندازه مولكول آب 0.18 نانومتر است ( نانومتر معادل متر يعني 00018،0 ميكرون مي باشد ). اندازه منافذ در بيشتر مصالح ساختماني بين 5 تا 200 نانومتر است. اندازه بيشتر آلاينده ها چون اسيد ها، كلريد ها و سولفات ها بين 1 تا 2 نانومتر مي باشد. حتي در بتن و سنگ فشرده اندازه منافذ بسيار بزرگتر از آب است و با توجه به خاصيت آب دوستي مصالح ساختماني امكان ورود آسان آب را فراهم مي كند. از زمانيكه مردم در سراسر دنيا به زيبايي اهميت دادند و با توجه به افزايش قيمت كارگران، صنعت ساختمان ضد آب سازي را راهي براي حفظ و نگهداري ظاهر ساختمان هاي نوساز در نظر گرفته است. محصولات بسياري در بازار وجود دارد و نيازهاي ضروري كه مصالح ضد آب سازي بايد رعايت كنند بدين شرح است :





مقاومتي كه مي تواند در برابر جذب آب ايجاد كند


مانع ايجاد كردن در برابر نمك هاي محلول در آب، بويژه نمك هاي كلريد

نفوذ عمل ضد آب سازي به عمقي سنجش پذير

لكه زدايي مناطق سطح عمل شده

دوام طولاني مدت در محيطي آلكالين

خطر محيط زيستي و سلامتي پايين
»
مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (20 سال به بالا)

[امید عباسی]

دو نوع از محصولات ضد آب سازي وجود دارد :

»

پوشش دهنده ها
»
نفوذ كننده ها






پوشش دهنده ها :


مسائل اقتصادي و راحتي استفاده باعث كابرد گسترده ضدآب كننده هاي پوششی شده است. در سطح دنيا محصولاتي چون رنگ هاي آكلريكي و پليمرهاي سيليكوني معمولاً براي ضد آب كردن استفاده مي شوند. اندازه ذرات اين پوشش دهنده ها بيش از 100 نانومتر است كه اين مسئله باعث مي شود نتوانند به داخل منافذ مصالح ساختماني نفوذ كنند، بلكه لايه اي ايجاد كنند كه سطح را بپوشانند و مانع جذب آب شود. اين لايه هاي پليمري عموماً آب گريز هستند ولي بايد آن ها را به شكل متوالي استفاده كرد، نبايد آسيب ببينند و بايد در مقابل اشعه فرابنفش هم مقاوم باشند. اطمينان پيدا كردن از روكشي مداوم روي سطح سخت در حين استفاده آسان نيست و اين مسئله باعث ايجاد نقاط ضعيف در پوشش مي شود. احتمال ترك خوردگي تمام انواع لايه هاي پليمري معمولي در برابر اشعه فرابنفش وجود دارد كه اين خود باعث ترك خوردگي پوشش در طول 5-2 سال مي شود و با از دست دادن خاصيت دافعي آب، ضد آب سازي بي نتيجه مي ماند.


نفوذ كننده ها :


بيشتر نفوذ كننده ها پايه حلالی هستند و موادی مونومري محلول با اندازه كوچكتر از 6 نانومتر مي باشند. اين مواد به منافذ و شبكه هاي آن ها نفوذ مي كنند. دو نوع نفوذ كننده وجود دارد: 1) واکنشی 2) غير واکنشی. نفوذ كننده هاي غير واكنشي روغن ها و ديگر مواد آب گريز با چسبندگي پايين هستند كه منافذ سوبسترا را پر مي كنند و خاصيت آب گريزي ايجاد مي كنند. اين نوع مصالح در طبيعت تجزيه پذيرند و در يك سال آب گريزي خود را از دست مي دهند. همچنين اين محصولات فراهم كننده غذاي قارچ و كپك هستند. نفوذ كننده هاي واكنشي با سوبسترا واكنش شيميايي مي دهند و براي سطح عمل شده آب گريزي در سطح مولكولي ايجاد و 5-3 ميليمتر در داخل سوبسترا نفوذ مي كنند. بنابراين محافظتي كه اين نوع محصولات ضد آب سازي ايجاد مي كنند بسيار طولاني مدت مي باشد. علاوه بر اين عوامل جوي (اشعه فرابنفش) و فرساينده هاي طبيعي تقريباً هيچ تأثيري روي آن ها ندارند و در نتيجه تاثير بر ويژگي ضد آبي بسيار محدود است. جدول 1 ويژگي هاي محصولات ضد آب سازي موجود در بازار را به شكل خلاصه نشان مي دهد.




داده ها به وضوح نشان مي دهند كه محصولات ضد آب سازي با پايه سيلان براي كاركرد طولاني مدت مناسب اند. سيلان ها و سيلان/سيليكون ها بعنوان دسته اي جديد از محصولات ضد آب سازي شناخته شده اند. اين محصولات كه 30سال است در اروپا و آمريكا مصرف مي شوند، تنها در چند سال اخير در هندوستان در دسترس بوده اند
كاركرد طولاني مدت تركيبات ضد آب سازي تركيبات سيلان پايه حلالی ثابت شده است و به شكل بسيار گسترده در اروپا و آمريكا بكار مي روند. انواع آلكيل سيلان ها كه براي ضد آب كردن استفاده مي شوند به اين نام ها شناخته مي شوند:



الف )

Isobutyltrialkoxysilane
ب)
n-octyltrialkoxysilane






سيلان ها موادي منومري هستند. محصولات استفاده شده براي ضد آب كردن به آلكيل آلكوكسي سيلان معروف اند. آلكيل آلكوكسي سيلان ها دو گروه دارند: الف) گروه آلكيل ( R’ ) و ب) گروه آلكوكسي ( OR ) كه با بيشتر مصالح ساختماني واكنش
پذيرند



بيشتر مصالح ساختماني گروه هيدروكسيل ( OH ) دارند. اين گروه هاي OH مي توانند با گروه هاي آلكوكسي سيلان واكنش دهند و با سوبسترا پيوند هاي سيلوكسان دائمی تشكيل دهند. گروه آلكيل در سطح، آب گريزي ( دفع آب ) ايجاد مي كند. بنابراين اين نوع محصولات با اصلاح ويژگي هاي سطح از آب دوست به آب گريز ميل به دفع آب ايجاد مي كنند.




با وجود عملكرد برتر سيلان، استفاده از آن در سطح دنيا بعلت قيمت بالا، بسيار محدود است. همچنين آتش زا و سمي بودن حلال محدوديت هايي در استفاده آسان از اين محصول ايجاد مي كند.


اخيراً شركت صنايع زايدكس در هندوستان محصولي ضد آب كننده به نام زايكوسيل توليد كرده است كه تمامي سه ويژگي مطلوب را دارد: بر پايه فن آوري نانو استوار است. در سوبستراي غير آلي، آب گريزي در سطح مولكولي ايجاد مي كند، به اين علت كه در محلول آب استفاده شده است با محيط زيست سازگار است. همچنين مقدار VOC در هر متر مربع در مقايسه با سيلان هاي پايه حلالي 20% کمتر است. اين محصول بر اساس شيمي ارگانو سيليكون ساخته شده است و بنابراين با سطح سوبستراي غير آلي واكنش مي دهد و عمري طولاني معادل 20 تا 30 سال ايجاد مي كند


فن آوري نانو بر پايه آب و سازگار با محيط زيست- زايكوسيل :


زايكوسيل محصولي ارگانو سيليكون است كه اندازه ذره اي معادل 6-4 نانومتر در آب تشكيل مي دهد و به عمق 5-3 ميليمتري منافذ مصالح ساختماني نفوذ مي كند. محصول بخشي از مصالح ساختماني مي شود و آن را به شدت دافع آب مي كند.


اين محصول 4 ويژگي بارز دارد :



»

عمر طولاني 20 تا 30 ساله كه نتايج آزمايشات عوامل جوي بر اساس روش هاي ASTM هم اين را ثابت كرده اند.
»
به نسبت 1:10 در آب و حتي بيشتر در آب لوله كشي حل مي شود و مقدار بسيار كمي مواد زيستي به جو وارد مي كند، بنابراين با محيط زيست سازگار است.
»
محصول را مي توان بوسيله برس، افشانه و غلتك استفاده كرد، بنابراين كار با آن راحت است.
»
محصول مي تواند با هزينه اي معادل 6000 تا 15000 ريال براي هر متر مربع، سطح را ضد آب كند.
»
محصول قابل اشتعال نيست.







آزمايش سطح عمل شده با زايكوسيل





آزمايش رايلم :


لوله رايلم به سطح سوبسترا متصل و آب تا نشان 5 ميلي ليتر پر شد. كاهش سطح آب در مدت بيست دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. فشار هيدروليك توليد شده بر سطح معادل باد و باراني باسرعت 140 كيلومتر بر ساعت بود.


سطح آب در طول 24 ساعت در سطح عمل شده بلوك سيماني افت نداشت. آب در بلوك سيماني عمل نشده بعد از 20 دقيقه تا نشانگر 5/2 ميليمتر پايين آمد. آزمايش رايلم براي سنجش سرعت جذب آب هم بكار مي رود. سرعت هاي جذب آب محاسبه و با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.


نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل ( آجر، بتن، ورقه سيماني،آستر سيماني، سنگ Dholpur و غيره) سرعت جذب آب را به بيش از 99% كاهش دادند.


عوامل جوي تسريع شده
چرخه عوامل جوي: قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش بر اساس استاندارد ASTM G-154 (21 ساعت) و به دنبال آن بارش شديد باران ( 1 ساعت ) و خشك شدن در دماي 110 درجه سانتيگراد ( 2 ساعت ).


نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل شامل بلوكه بتني، آجر، آستر سيماني، ماسه سنگ و ورقه سيماني را از 80 چرخه گذراندند


تمامي نمونه ها بيش از % 98 آب گريزي خود را پس از 80 چرخه حفظ كردند.


آزمايش جذب آب


اين آزمايش بر اساس روش ASTM 6489 انجام شد. وزن نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل تا نزديك 0.01 گرم اندازه گرفته شد و سپس سطوح نمونه هاي عمل شده در ظرفی حاوی چند اينچ آب لوله كشي به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. سپس نمونه ها از آب خارج و با حوله خشک شدند و وزن آنها دوباره اندازه گرفته شد. وزن اوليه و نهايي براي محاسبه ميزان جذب آب در 24 ساعت اندازه گرفته شده و اين مقادير با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.


نمونه عمل شده با زايكوسيل بيش از % 90 كاهش جذب آب نشان داد.