بتن یکی از مهمترین بخش های ساخت و ساز می باشد که نقشی حیاتی در ایمن سازی و تحکیم سازی ساختمان ها، تونل ها، پل ها و…. دارد. با پیشرفت تکنولوژی و تمایل روز افزون مهندسان به ساخت بنا های بلند تر و پیشرفته تر باعث شده است تا صنعت بتن نیز ملزم به همگام شدن با نیاز های روز ساخت و ساز گردد. با توجه به اینکه بتن پایه و اسکلت بنا ها را تشکیل می دهد بنابراین نیاز است تا از خواص مکانیکی بالایی نیز برخوردار باشد. در سال های اخیر پیشرفت های زیادی در حوزه بتن سازی صورت گرفته است که استفاده از فناوری نانو یکی از آنها می باشد. در این مقاله به بررسی تاثیر نانو اکسید روی بر بهبود خواص مکانیکی بتن می پردازیم.
بتن و اهمیت آن
بتن در مقایسه با فولاد از ویژگی های منحصر بفردی نظیر:
مقاومت بالاتر در برابر خوردگی و رطوبت،
استحکام فشاری بالاتر،
راحتی اجرا و
هزینه پایین تر
می باشد که باعث شده است در دهه های گذشته مورد توجه مهندسین حوزه عمران قرار گیرد. این ویژگی ها موجب شده اند تا موارد مصرف بتن در ساخت و ساز بطور روز افزون افزایش یابد.
با توجه به اینکه بتن از قابلیت شکل پذیری مطلوبی برخوردار است، می تواند در سازه های متنوع براحتی مورد استفاده قرار گیرد. ساخت و ساز های متنوع زیادی نظیر: ساختمان سازی، پل سازی، سد سازی، تونل سازی و…. وجود دارند که در حال حاضر وابسته به بتن می باشند. رشد چشمگیر مصرف بتن در کنار پیشرفت صنعت عمران و ساختمان سازی (ساخت سازه های بلند تر و پیچیده تر) موجب شده است تا تقویت خواص مکانیکی (استحکام فشاری، استحکام خمشی و استحکام کششی) بتن به موضوعی حیاتی برای صنعت بتن تبدیل گردد.
تا بحال محققین صنعت بتن روش ها، تکنیک ها و مواد گوناگونی را برای تقویت سازی انواع بتن طراحی و توسعه داده اند. اخیرا، مطالعات انجام شده در این زمینه گزارش داده اند که استفاده از نانو تکنولوژی و نانو مواد در فرآیند تولید بتن یکی از روش های نوین تقویت سازی خواص مکانیکی و فیزیکی بتن می باشد.
نانو اکسید روی و تقویت خواص بتن
نانو ذرات به دلیل برخورداری از فعالیت شیمیایی بالا می توانند سرعت هیدارسیون سیمان در بتن را افزایش دهند. علاوه بر این، نانو ذرات می توانند به عنوان پر کننده و تقویت کننده در بتن عمل کرده و منجر به کاهش تخلخل بتن و نهایتا افزایش تراکم آن شوند.
در میان انواع نانو مواد، نانو ذرات اکسید روی (ZnO) به دلیل برخورداری از خواص فیزیکوشیمیایی منحصر بفرد نظیر:
خواص آنتی یو وی،
پایداری حرارتی بالا،
خواص ضد میکروبی (آنتی باکتریالی)،
خواص ضد قارچی،
خواص کاتالیستی و خواص فوتوکاتالیستی به گزینه ای مطلوب برای تقویت سازی خواص مکانیکی و فیزیکی بتن تبدیل شده اند. این موضوع باعث شده است تا در سال های اخیر، توجه صنعت بتن به نانو اکسید روی بیش از پیش جلب شده و محققین این صنعت پژوهش های گوناگونی روی این نانو ماده انجام دهند.
نتایج تاثیر نانو اکسید روی بر خواص مکانیکی بتن
نتایج گزارش شده در مطالعات نشان داده اند که بکارگیری نانو اکسید روی در فرآیند تولید بتن منجر به تقویت خواص مکانیکی بتن می گردد. در تحقیقی که در سال 2012 انجام شد، از نانو اکسید روی به مقدار 0/05 تا 1 درصد وزنی در تولید بتن استفاده گردید و سپس میزان تراکم، استحکام کششی و استحکام خمشی بتن اندازه گیری شد.
نتایج به دست آمده نشان دادند که میزان تخلخل بتن با درصد وزنی نانو اکسید روی رابطه عکس دارد بطوریکه با افزایش درصد وزنی نانو اکسید روی در بتن تا 1%، تخلخل بتن 38% کاهش یافته و ساختار آن متراکم تر شده است. بر اساس نتایج آزمون کشش مشخص شد که استحکام کششی بتن تولید شده با 0/5 درصد وزنی نانو اکسید روی، 48% افزایش یافته است. در انتها، نتایج تست خمش بتن مشخص کردند که استفاده از نانو اکسید روی به مقدار 0/5 درصد وزنی منجر به افزایش 50 درصدی استحکام خمش بتن شده است. بر اساس این نتایج می توان گفت که نانو اکسید روی عاملی ارزشمند و تاثیر گذار در تولید بتن با خواص مکانیکی تقویت شده می باشد.
نتیجه گیری
با توجه به مطالب ذکر شده مشخص است که صنعت بتن می تواند با تکیه بر نانو اکسید روی پیشرفت چشمگیری داشته و ساخت سازه های پیچیده تر، بلند تر و پیشرفته تر را امکان پذیر نماید. لازم به ذکر است که می توان از سایر خواص نانو اکسید روی نظیر رفتار ضدمیکروبی، رفتار ضد قارچی و خاصیت فوتوکاتالیستی در بتن بهره برده و بتن با خواص چندگانه را تولید نمود. نکته مهم دیگر این است که نانو اکسید روی در مقایسه با سایر نانو مواد کم هزینه بوده و بکارگیری آن در صنعت بتن مقرون به صرفه خواهد بود. نانو اکسید روی تولید شده در آرمان نانو فناور رابین با خواص فیزیکوشیمیایی بهبود یافته می تواند بعنوان عامل تقویت کننده خواص مکانیکی در خدمت صنعت بتن قرار گیرد.
منابع:
