مقالات

مقدمه 
 
مواد نانو (Nanoparticular ) به موادی گفته می شود که حداقل یکی از ابعاد آن ( طول ، عرض ، ضخامت) زیر 100nm  باشد . مواد نانو ساختار با توجه به رفتارهای بارزی که از خود نشان داده ، مورد توجه بخش صنعت و دانشگاه در دهه های اخیر قرار گرفته اند . در این میان صنعت ساختمان با توجه به نیازهای خود چه از نظر استحکام ، مقاومت و دوام و نیز کارایی بالا از استفاده کنندگان مهم مواد نانو ساختار (Nanostructure Material) به شمار می رود مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول ،عرض،ضخامت) زیر 100nm باشد تعریف شده اند ، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100 هزار برابر کوچکتر از موی انسان است . به طور کلی ، یک تقسیم بندی عمومی ، محصولات نانو مواد را می توان به صورت های زیر بیان کرد : فیلم های نانو لایه ( Nano Layer Thin Films) برای کاربرد های عمدتا الکترونیکی – نانو پوشش های حفاظتی (Nano Coating ) برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی ،حفاظت در مقابل عوامل محیطی مخرب _ نانو ذرات به عنوان پیش سازنده ( Precursor) یا اصلاح ساز ( Modifier ) پدیده های شیمیایی و فیزیکی – نانو لوله ها ( Nanotubes  ) منظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح تر یک بدنه نانو ساختار ( Nanostructured solid ) جامدی است که در آن انتظام اتمی ، اندازه کریستال تشکیل دهنده و ترکیب شمیایی در سراسر بدنه در چند نانو متری گسترده شده باشد.

خواص فیزیکی و شمیایی مواد نانو ( در فرم و شکل های متنوعی که وجود دارند از جمله ذرات ، الیاف ، گلوله و ... ) در مقایسه با میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص آنها در مقیاس نانو می باشد .
 
هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح با عملکرد بالا می باشد که آن ها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالاو چند منظوره اطلاق نمود منظور از عملکرد  چند منظوره ، ظهور خواص جدید و متفاوتنسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربرد های گوناگونی ارائه نمایند.
 
 
 مواد نانو کامپوزیت
 
مواد نانوکامپوزیت بر پایه پلیمر ( ماتریس پلیمری)اولین بار در سال های 70 معرفی شده اند که از تکنولوژی سول ژل  Sol-Gel)) جهت انتشار ذرات نانو کانی (Disperese) درون ماتریس پلیمر استفاده شده است. هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت در ژاپن در اواخر سال های 80 صورت گرفته است ولی رشته نانو کامپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز را می باشد .
 
در این شرایط نانو آلومینا ، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد . زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی ، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد . از جمله می توان به چند نمونه  اشاره کرد:-تکنولوژِی نانو فلز آرتوناید که اخیرا به طور تجاری ، الیاف نانویی آلومینا ، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است.ذرات نانویی غیر فلز مانند نانو سیلیکا ، نانو زیر کونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشد
 
بتن با عملکرد بالا (HPC )
 
 یکی از چالش هایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است ، بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد.این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد . خواص رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختر ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی به وجود می آورد .
 
بنابراین مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای برای توسعه عملکرد مصالح ساختمانی جدید و کاربرد ها بسیار حائز  اهمیت می باشد . روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر ، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص دیگری دارا می باشد ، از جمله می توان به خاصیت الکترو مغناطیسی ، و قابلیت به کار گیری در سازه های اتمی ( محافظت از تششعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان ها و ... را نام برد
 
نانو سیلیس آمورف

در صنعت بتن ، سیلیس یکی از معروف ترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند .
محصول معمولی همان سیلکیافیوم یا میکرو سیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود 1/0 تا 1 میلی متر می باشد و داردی اکسید سیلیس حدود 90 درصد می باشد می توان گفت که میکرو سیلیکا محصولی است .که در محدود بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کاربرد برده می شود .
 
محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر 100nm  یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول انتشار می باشند ، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو سیلیس می باشد ، این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود متراکم (SCC[2]  ) به کار گرفته شده است . نانو سیلیس معلق کاربرد های چند منظوره از خود نشان می دهد : خاصیت ضد سایش ، ضد لغزش،ضد حریق،ضد انعکاس سطوح.
 
آزمایشات نشان داده که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Nano Silica) در بخش اصلاح خواص ریولوژی ، کار پذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است . آنچه در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیسلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانو متر می باشد.
 
نانو لوله ها (  NANOTUBES )
 
عمولا الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شود.امروزه از الیاف فلزی، شیشه ای ، پلی پروپیلن،کربن و ... در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی (Carbon Nanotubes ) انتشار یافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد.نانو لوله کربنی توسط LIJMA  در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است به طوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند . کربن 60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آن ها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک می کند به طوری که می توانند خمیدگی و کشش تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهد شد که در کامپوزیت ها به کار برده می شوند .
 
نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ایران ) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص ویژه قابل ملاحضه حرارتی الکتریکی از خود نشان می دهند ، به طوری که هادی بودن حرارت آن ها بیش از دو برابر الماس ها و هادی بودن الکتریکی آنها در حدود 1000 برابر فلز مس می باشد .نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلاب جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را به وجود آورده اند یک نسل جدید از نانو کامپوزیت ها چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابراین نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مصالح ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره بازی می کنند.
 
 
 نتبجه گیری
ممنظور از مطالب ذکر شده نشان دادن مصالح جدید ساختمانی و بیان مزایای استفاده از این نوع مواد در صنعت ساختمان می باشد ، البته به دلیل نو بودن این نوع مصالح زمینه های فراونی برای کارهای نظری و عملی در دانشگاه های کشور وجود دارد که امید است که با معرفی مصالح با ساختار نانو راه برای گام های بلند تر در این در این زمینه باز شود .