تطبيقات المواد النانونية

 

تطبيقات المواد النانونية

تقنية النانو في الخرسانة إنَّ تقنية النانو هي أَحدث إصدار من التطور الحاصل في عالم الصناعة الإِنشائية خصوصاً المونة عالية الأداء، ولقد زاد الطلب حول إنتاج المونة عالية الأداء في العقود الأخيرة لما تلبيه من المتطلبات الانشائية المعاصرة.

وللحصول على مونة عالية الأداء استخدم العلماء طرقاً وتقنيات عديدة تتطور باستمرار، ومن أَحدث هذه التقنيات تقنية النانو.

إنَّ إنتاج مواد بناء بخواص عالية الأداء بات محط أَنظار كثير من الباحثين. ان فكرة استخدام تقنية النانو في مونة الإسمنت تكمن في استخدام مواد نانوية (ذات حبيبات مقاساتها نانوية) مختلفة التركيب مثل: السليكا النانوية المدخنة، وأبخرة السليكا النانوية، والميتاكاؤولين النانوي، والياف الكاربون باقطار نانوية... والخ.

ويتم ذلك من خلال استبدال نسبة الإسمنت الموجودة في الخرسانة بنسب من تلك المواد النانوية (فيما عدا الالياف، فهي تعوض كنسب حجمية من حجم الخلطة الكلي )، وقياس مدى تأثير هذا الاستبدال على الخصائص الميكانيكية للخرسانة (الطرية والمتصلبة) مثل: الهطول وقابلية التشغيل ومقاومة الخرسانة للانضغاط ، الشد، الانكسار، البري والتآكل وغيرها..

 من خصائص الخرسانة وبعد دراسة تلك المتغيرات وإيجاد أفضل نسبة من كل من المضافات (المواد النانوية)، يتم مزج النسب المثلى بخلطة واحدة ودراسة تأثير العُمر على خصائصها الميكانيكية. ومن الجدير بالذكر ان استخدام هذه المواد سيؤثر على قابلية تشغيل الخرسانة مما يوجب استخدام مواد تزيد من ليونة الخرسانة تعرف بالملدنات الفائقة (SP).

إن أفضل نسبة لإضافة أبخرة السليكا النانوية هي 10% من وزن الإسمنت. تمت إضافتها مع نسبة ملدن فائق 4% ونسبة ماء إلى إسمنت (0.23).

وأفضل نسبة لإضافة السليكا النانوية المدخنة هي 0.5% من وزن الإسمنت. تمت إضافتها مع نسبة ملدن فائق 4% ونسبة ماء إلى إسمنت (0.252).

 أما أفضل نسبة لإحلال الميتاكاؤولين النانوي هي 10% من وزن الإسمنت (استبدال).

 تمت إضافتها مع نسبة ملدن فائق 4% ونسبة ماء إلى إسمنت (0.235). وأفضل نسبة لإضافة الياف الكاربون هي 1% نسبة حجمية =. تمت إضافتها مع نسبة ملدن فائق 4% ونسبة ماء إلى إسمنت (0.28).

وعند مزج النسب المثلى نحصل على زيادة في مقاومة الانضغاط مقدارها 67.27% وزيادة بمعاير الكسر مقدارها 83.5% وزيادة بمقاومة الشد غير المباشر مقدارها 125% عن الخلطة المرجعية.

 

لم تعد النانو-تكنولوجي بالعلم الجديد ولا تعتبر تقنية جديدة في المجالات العلمية، وإنما هي عبارة عن امتداد وتطور للعلوم والتقنيات السابقة على مر السنين. نشأت النانو-تكنولوجي في ثمانينيات القرن العشرين بسبب التقدم في التجارب العلمية مثل اختراع مجهر المسح النفقي عام 1981 واكتشاف الفلورين عام 1985، بدأت توضيح أهداف النانو-تكنولوجي ونشرها بين العامة مع نشر كتاب محركات الانتاج Engines of creation عام 1986. وباختصار فإن جزئيات النانو عبارة عن جزيئات متناهية الصغر لمادة معينة، يتم استخدامها نفسها أو يتم التلاعب بها وذلك من أجل انتاج مواد جديدة.

تعتمد النانو-تكنولوجي على المقياس النانوي للجزيئات، حيث يكمن سر النانو-تكنولوجي في حجم الجزيئات، لأن خواص المواد تختلف وتتأثر بشكل كبير عند مقياس النانومتر [10^-9 m]. حيث تختلف خواص المادة كلياً في مقياس النانو عنها في المقاييس الكبيرة. على سبيل المثال، تصبح الجاذبية غير مهمة، وتصبح الأولوية لقوي الالكتروستاتيك وتبدأ التأثيرات الكَمِّية بالظهور.

 

أنواع المواد النانوية:

1 - ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2

2 -  أنابيب الكربون النانوية CNTs

3 - النانو سيليكا Nano-Silica

4 - متعدد الكربوكسيلات Polycarboxylates

5- نانو أكسيد الزركونيوم الرباعي Nano ZrO2

 

يمكن للعديد من تخصصات الهندسة المدنية الاستفادة من النانو-تكنولوجي بما في ذلك تخصصات التصميم أو الإنشاءات. فعلى سبيل المثال، يمكن صناعة مواد إنشائية جديدة ذات خواص فريدة، وعمل مركبات أخَفّ وأكثر قوة، وعزل الحرائق، وامتصاص الصوت، وتخفيض صيانة الطلاء، وطرد المياه، وعمل بوليمرات مُشبّعة بجزيئات النانو الطينية، وإضافة خاصية التنظيف الذاتي للأسطح، والحماية من الأشعة فوق البنفسجية، وعمل منقيات الهواء، ومستشعرات ذات أحجام نانوية، وشرائح رقيقة جداً ذات توصيلية عالية، وخلايا شمسية، والعديد من المنتجات الأخرى التي لا حصر لها.