نانو در عمران

[rainbow]

نانوکامپوزيتهاي خاک رس

نانوکامپوزيتهاي خاک رس / پليمر بهبود فوق*العاده*اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پرکننده استفاده مي*شود، ايجاد مي*کند. اين تکنولوژي که امروزه مي*تواند کاربرد تجاري نيز پيدا کند، توجه زيادي را طي سالهاي اخير به خود جلب کرده است. عمدة پيشرفت*هايي 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.
نانو تكنولوژي براي سيمان در حجم زياد:
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.