فناوری نانو چطور مقاومت بتن را افزایش می‌دهد؟

اولین استفاده‌کنندگان بتن در جهان رومیان باستان بوده‌اند. بتن در امپراتوری روم به‌صورت گسترده‌ای مورداستفاده قرار می‌گرفت. سازه کولوسیوم در رم بیشتر با بتن ساخته شده است و گنبد پانتئون بزرگ‌ترین گنبد بتنی غیرمسلح در جهان است.
  • 1399/09/23
  • 1553

بتن سنگی مصنوعی و ترکیبی از سنگ‌دانه‌های کوچک و بزرگ با یک چسب سیمانی است که به‌وسیله آب هیدراته شده و با گذر زمان سفت می‌شود.

 

 

امروزه بتن (concrete) به دلیل ارزان و در دسترس بودن مواد اولیه آن بعد از آب پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی در جهان است و در ساخت ساختمان‌ها، سدها، پل‌ها، تونل‌ها، اسکله‌ها، راه‌ها، سازه‌های خاص و... کاربرد دارد.

 

در بیشتر موارد بتن به‌عنوان ماده‌ای در برابر بار فشاری نگریسته می‌شده است. انجام پروژه‌های وسیع تحقیقاتی روی مواد مختلف تشکیل‌دهنده بتن و آزمایش بتن‌های مختلف با مواد جدید منجر به پیدایش بتن‌هایی شده است که علاوه بر مقاومت فشاری خواص دیگری نظیر دوام، کارایی، نرمی، مقاومت در برابر آتش، خود ترمیمی، ضد اسید بودن، فرم‌پذیر بودن و مقاومت در برابر خوردگی دارند.

 

راهکار ارتقای کیفیت بتن، استفاده از سیمان‌های پوزولانی و کاهش سیمان پرتلند و استفاده از افزودنی شیمیایی نظیر کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) در بتن است.

 


نفوذ نانومواد به ساختار بتن

شرکت دانش‌بنیان سازه بتن خاورمیانه با بیش از ۳۰ سال تجربه در صنعت سیمان و بتن پس از هفت سال تحقیق با همکاری شرکت زایپکس کانادا موفق به ساخت پودر ADMIX (C-S-H) C-5000 برای افزایش مقاومت فشاری بتن، آب‌بندی، محافظت و دوام بتن شده است. استفاده از این پودر در بتن برای کاهش سیمان پرتلند و افزایش مقاومت بتن، آب‌بندی، دوام و محافظت بتن و فولاد صورت می‌گیرد.

 

ADMIX C-5000 Crystalline کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) است. در فرایند تولید آن، با استفاده از نانوسیلیس (Nano sio2) پوزولان‌های طبیعی و تبدیل هیدرات کلسیم و جذب دی‌اکسید کربن هوای آزاد، کریستال‌های سنگ آهک و ژل کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) تشکیل می‌شود.

 

ژل کلسیم سیلیکات هیدرات برای اولین بار در دنیا توسط دکتر علی معظمی تولید و طی طرح شماره ۹۷۵۶۴ و نامه شماره ۱۷۵۱۲۷۰ مورخ ۲۰/۹/۱۳۹۷ دانشگاه علم و صنعت ایران ثبت اختراع شده است.

 

به گفته دکتر معظمی نانوسیلیس و پوزولان Admix c-5000 nano Crystalin با افزایش ژل کلسیم سیلیکات هیدرات باعث افزایش مقاومت، دوام، محافظت بتن و فولاد در بتن می‌شود.

 

نانوسیلیس یکی از محصولات فناوری نانو و یک پوزولان مصنوعی بسیار فعال در بتن است و برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آن‌ها بسیار حائز اهمیت است.

 

دکتر معظمی ضمن بیان این مطلب که نانوذرات سیلیس در بتن باعث افزایش میزان تراکم ذرات بتن می‌شود، گفت: «نانوذرات سیلیس (nano sio2) با هیدروکسید کلسیم Ca(oH)2 آزاد موجود در منافذ بتن ترکیب شده و کریستال‌های سیلیکات نامحلول ژل C-S-H در بتن باعث افزایش مقاومت فشاری، افزایش دوام بتن، کاهش نفوذپذیری، محافظت بتن و فولاد، جلوگیری از نفوذ یون کلر، سولفات‌ها و سایر مواد شیمیایی مخرب به داخل بتن می‌شود».

 

وی می‌افزاید: «استفاده از نانوسیلیس کلسیم سیلیکات هیدرات میزان تراکم در بتن را افزایش داده که به افزایش نانوساختارهای تشکیل‌دهندهٔ بتن و بهبود ویژگی‌های مکانیکی آن می‌انجامد.»

 

به گفتهٔ دکتر معظمی نانوذرات سیلیس با هیدروکسید کلسیم Ca(oH)2 آزاد موجود در سیمان ترکیب می‌شود و کریستال‌های سیلیکات نامحلول (C-S-H)Gel منافذ، ترک‌ها و تخلخل موجود در بتن را پر می‌کند و در نتیجه باعث افزایش مقاومت فشاری، دوام، کاهش نفوذپذیری، محافظت بتن و فولاد و جلوگیری از نفوذ یون کلر، سولفات‌ها و سایر مواد شیمیایی مخرب به بتن می‌شود.

 

بر اساس توصیفات ارائه شده از این محصول، فاز نانوساختار کلسیم سیلیکات هیدرات ترکیبی است که محصول اصلی هیدراتاسیون سیمان پرتلند است و عامل اصلی مقاومت سیمان و مقاومت نهایی بتن است. ژل هوشمند کلسیم سیلیکات هیدرات با سازگاری بیشتر نسبت به مولکول‌ها با ساختار نانو، حفره‌ها و فضاهای خالی و ترک‌ها را پر نموده و باعث افزایش مقاومت فشاری می‌شود و از نفوذ آب و یون کلر، سولفات‌ها و مواد شیمیایی مخرب جلوگیری می‌کند و باعث کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام بتن و سازه‌های بتنی می‌شود.

 

دکتر معظمی ضمن بیان این مطلب که ژل سیلیکات کلسیم هیدراته با الهام گرفتن از طبیعت ترکیب و به‌طور یکسان در بتن توزیع شده است، می‌گوید: «ترکیب ژل نامحلول هوشمند و سازگار با محیط‌زیست بوده و باعث کاهش آلودگی محیط‌زیست به‌ویژه جذب گاز (Co2) و تبدیل هیدرات کلسیم به سنگ آهک و باعث آب‌بندی و محافظت، کاهش نفوذپذیری و دوام بتن می‌شود.»

 

گفتنی است دوام بتن امروزه بیشتر از مقاومت فشاری بتن در دنیا موردتوجه است. بتن با دوام بتنی است که بتواند شرایط محیطی محل مصرف و بارهای وارده را تحمل و در طول سالیان پیش‌بینی شده دوام داشته باشد.

 

به گفته دکتر معظمی پودر ADMIX C-5000 Nano Crystalline غیرسمی و غیرقابل اشتعال و ارگانیک است، یون کلر ندارد و همچنین با محیط‌زیست سازگاری بسیار خوبی دارد. همچنین استفاده و نگهداری ADMIX C-5000 Nano Crystalline آسان است و محدودیت زمان نگهداری ندارد. این پودر بی‌بو، سفید رنگ و با وزن مخصوص شش دهم گرم بر سانتی‌متر مکعب است. مقدار مصرف آن ۲ الی ۳ درصد وزن سیمان است و به بتن آماده داخل تراک میکسر اضافه می‌شود.

 

به گفته سازندگان این محصول، پروژه‌های بتنی آب‌بندی، گودبرداری مراکز تجاری و مسکونی و صنعتی، مخازن آب، تونل‌ها، قطعات پیش‌ساخته بتنی، سازه‌های دریایی، استخرها، اسکله‌ها و دیواره‌های برگشت، بتن غلتکی، کف بتنی پارکینگ‌ها، پل‌ها، باندهای فرودگاه، راه‌های دسترسی، فونداسیون و پایه‌های بتنی از کاربردهای ADMIX C-5000 Nano Crystalline است.

 

با شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه بیشتر آشنا شوید

شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه (دانش‌بنیان) با بیش از ۲۰ سال سابقه در زمینه تولید افزاینده‌های بتن و نمایندگی انحصاری شرکت زایپکس کانادا در ایران دارای کارخانه تولید افزاینده‌های آب‌بندی بتن، طراحی و ساخت بتن‌های خاص است.

 

به واسطه تولید و فروش سالیانه ۱۰۰ تن از محصول نانویی در این شرکت تاکنون برای پنج نفر ایجاد اشتغال شده است.

 

به گفته دکتر معظمی افزودنی بتن (ADMIX C-5000 Nano Crystalline) تاکنون آزمایش‌های ASTM C-672، ASTM C-1012، ACI 201، ASTM C-1585، ASTM C-157 را از طریق انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی دانشگاه تهران و دانشگاه علم و صنعت ایران با موفقیت پشت سر گذاشته است و علاوه بر آن نمونه‌های متعددی از این محصول در آزمایشگاه همکار سازمان استاندارد به نتایج خوبی دست یافته است.