کاربرد نانوتکنولوژی در بتن

تلاش‌های تحقیقاتی فزاینده در زمینه نانوتکنولوژی تعدادی از رشته‌ها از جمله جنبه‌های ساخت و ساز پایدار در مهندسی عمران و محیط زیست را در بر می‌گیرد. دستاوردهای فوق‌العاده‌ای در مورد پذیرش فناوری نانو در ساخت و سازهای پایدار گزارش شده است، اما چیزهای بیشتری از آنچه به دست آمده است برای کشف وجود دارد.

برخی از پیشرفت ها در پذیرش نانوتکنولوژی در ساخت و ساز پایدار، شامل افزایش خواص رئولوژیکی، مقاومت و دوام بتن است. که ثابت شده است به ویژگی های نانوسکوپی اجزای تشکیل دهنده آن بستگی دارد.

نانو بتن

فناوری نانو امکان پیشرفت های بزرگ در ساخت و ساز، به ویژه در بتن (یک ماده کامپوزیتی چند فازی و نانوساختار) را ارائه می دهد. که ناهمگن ترین مصالح ساختمانی است. خواص بتن توسط ویژگی های مختلف اجزای تشکیل دهنده آن کنترل می شود.

که به آن مزیت بزرگی برای بهره مندی از مزایای فناوری نانو برای اصلاح مواد اتمی و مولکولی اجزای مختلف آن به منظور توسعه بتن تقویت شده می دهد. گزارش‌های پژوهشی در مورد پذیرش فناوری نانو در بتن و سازه‌های ساختمانی، بر روی نانوساختار، اصلاح ساختار اتمی بتن و مواد مبتنی بر سیمان و مکانیسم شکست آنها متمرکز شده‌اند .

نانوتکنولوژی خاصیت حجیم بتن را بهبود می‌بخشد، به دستیابی به محصولات نهایی نازک‌تر، زمان گیرش سریع‌تر و کاهش سطح حملات محیطی کمک می‌کند. برخی از پیشرفت های جدید در فناوری نانو، توانایی آن در استفاده از مواد حاشیه ای و بازیافتی است.

اعتقاد بر این است که فناوری نانو قادر خواهد بود سیستم‌هایی را برای پوشش یا اصلاح سیستم‌های مشکل‌دار به‌گونه‌ای ارائه کند که قابل استفاده شوند.  

اگر بتوان فرآیندهایی را توسعه داد که خواص نامطلوب سنگدانه های حاشیه ای را اصلاح کند، بسیاری از منابعی که در حال حاضر برای برخی از مصارف بتن مجاز نیستند، می توانند قابل قبول باشند و ساخت بتن اقتصادی تر شوند .

همچنین ثابت شده است که نانوتکنولوژی در جلوگیری از ترک و کاهش انقباض در بتن مفید است. این احتمال وجود دارد که فناوری نانو بتواند ابزارهایی را برای اصلاح انقباض سیستم های سیمانی هیدراته، کاهش یا حتی حذف تعداد اتصالات مورد نیاز، به حداقل رساندن پیچش با کاهش تغییر حجم بتن از تغییرات دما، به حداقل رساندن تاب برداشتن با کاهش تغییر حجم ناشی از از دست دادن رطوبت نانوتکنولوژی می‌تواند عمر روسازی‌ها یا سازه‌های بتنی را تا حد زیادی افزایش دهد، اگر بتوان روشی را توسعه داد که بتن را به نقطه نفوذناپذیر تبدیل کند.

استفاده از ابزارها و نانومواد مبتنی بر فناوری نانو برای نظارت و اصلاح نفوذپذیری یک سیستم بتنی معین، فوراً به سازه‌های بتنی طولانی‌تر منجر می‌شود .گزارش‌های علمی نشان داده‌اند که نانوتکنولوژی می‌تواند با بهبود پیوند خمیری سنگدانه‌ها و خواص دوام بتن (سخت شده) به افزایش مقاومت فشاری کمک کند .

کاربرد نانوتکنولوژی که گاهی به عنوان اصلاح نانو بتن از آن یاد می شود با علم نانو سر و کار دارد. که اندازه‌گیری و مشخصه‌سازی ساختار نانو و ریزمقیاس مواد مبتنی بر سیمان است تا درک بهتری از چگونگی تأثیر این ساختار بر خواص و عملکرد در مقیاس کلان از طریق استفاده از تکنیک‌های پیشرفته توصیف و مدل‌سازی سطح اتمی یا مولکولی دارد. در واقع، مهندسی نانو

مزایای استفاده از فناوری نانو در بتن و SCM از جمله مزایای دیگر است:

1.نسل جدیدی از مواد بتن با کارایی بالا را با توجه به خواص مکانیکی و دوام آنها برای ساخت و ساز پایدار توسعه دهید.

2.کاهش هزینه ساخت و مصرف انرژی، بهبود خواص حجیم بتن و ساخت و ساز ناب.

3.مواد بتن جدید را از طریق پردازش نوآورانه سیمان و خمیر سیمان مبتنی بر فناوری نانو تکامل دهید.

4.ارتقای مدل(های) چند مقیاسی اساسی برای بتن از طریق خصوصیات و مدل سازی پیشرفته بتن در مقیاس های نانو، میکرو، مزو و کلان.

5.استفاده از ضایعات یا مواد بازیافتی و سایر مواد سیمانی تکمیلی برای تأیید محیط زیست پایدار، توسعه و تأثیرات اجتماعی-اقتصادی، همانطور که در کشورهایی که اهمیت فناوری نانو را در اولویت قرار می دهند مشهود است.

افزودنی های بتن چیست؟ چرا از آن ها استفاده می کنیم؟

افزودنی بتن به اجزای بتن اطلاق می شود که درست قبل از فرآیند اختلاط برای بهبود کیفیت، مدیریت پذیری، شتاب و یا به تاخیر انداختن زمان گیرش بتن اضافه می شود. استفاده موفقیت آمیز از مواد افزودنی به ترکیب مواد و بتن بستگی دارد.

بیشتر افزودنی ها به صورت مایع آماده برای استفاده در دسترس هستند و در کارخانه یا محل ساخت و ساز اضافه می شوند. برخی از افزودنی ها مانند رنگدانه ها، گسترش دهنده ها و عوامل پمپاژ در مقادیر بسیار کم استفاده می شوند.

برخی از انواع افزودنی های بتن

افزودنی های کاهش دهنده آب

از افزودنی های کاهنده آب برای کارآمدتر کردن بتن، ملات یا دوغاب بدون نیاز به اضافه کردن آب بیشتر استفاده می شود. سه نوع افزودنی بتن کاهنده آب وجود دارد. فوق روان کننده ها، نرم کننده های متوسط ​​و نرم کننده ها که نیاز آب را به ترتیب 30، 15 و 10 درصد کاهش می دهند.

مواد افزودنی کند کننده

مواد افزودنی که سرعت اولیه هیدراتاسیون سیمان را به تاخیر می اندازند و زمان گیرش آن را طولانی تر می کنند به عنوان کند کننده شناخته می شوند. گچ و سولفات کلسیم رایج ترین مواد افزودنی کندگیر هستند. سایر موادی که به عنوان کندکننده استفاده می شوند نشاسته، مشتقات سلولز، شکر معمولی و نمک های اسیدی هستند.

مواد افزودنی تسریع کننده

افزودنی‌های تسریع‌کننده زمان گیرش اولیه بتن را تسریع می‌کنند و در نتیجه مقاومت آن را در مراحل اولیه افزایش می‌دهند. شتاب دهنده های رایج مورد استفاده عبارتند از دود سیلیس، کلرید کلسیم و سیلیکاژل ریز تقسیم شده.

چرا از افزودنی های بتن استفاده می شود؟

علاوه بر سیمان، ماسه و آب، هر ماده دیگری که به بتن اضافه شود، افزودنی است. حتی اگر همیشه مورد نیاز نیستند، می توانند تحت شرایط خاص به عنوان نیروهای کمکی عمل کنند.

دلیل اصلی استفاده از افزودنی بتن کاهش هزینه ساخت بتن، افزایش بهره وری، بهبود عملکرد بتن سخت شده، اطمینان از کیفیت بتن در فرآیندهای اختلاط، حمل و نقل، ریختن و عمل آوری و غلبه بر شرایط اضطراری ساخت و ساز است.

همچنین از مواد افزودنی برای تسریع یا تاخیر در زمان گیرش بتن و کاهش تقاضای آب، جمع شدگی و خونریزی آن استفاده می شود. هنگام انتخاب یک افزودنی، مهم است که نتیجه مورد انتظار و نحوه ارتباط آن با شرایط سایت را در نظر بگیرید. در صورتی که مدیران پروژه در مرحله ساخت و ساز با مشکل مواجه شوند، می توان از افزودنی ها به عنوان یک اقدام اضطراری برای حل چالش های اجرایی استفاده کرد.

همچنین می توان با به کارگیری علم مهندسی، اصلاح مواد تشکیل دهنده، بررسی نوع بتن و نسبت آب به سیمان، کارایی و مقاومت بتن را در شرایط طبیعی بهبود بخشید. اگر به دلیل شرایط خاص مانند یخبندان، درجه حرارت بالا، افزایش سایش یا قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نمک های یخ زدا یا سایر مواد شیمیایی غیرممکن باشد، افزودنی های بتن به بتن اضافه می شود.

بتن سبک

اولین استفاده مدرن از بتن سبک (LWC) در سال 1917 ثبت شد، زمانی که شرکت ناوگان اضطراری آمریکا شروع به ساخت کشتی با این مخلوط به دلیل استحکام و عملکرد بالا کرد. از آن زمان، LWC به یک مصالح ساختمانی رایج برای ساخت دیوارهای باربر، پل ها و سیستم های فاضلاب مقاوم تبدیل شده است.

افزودنی بتن شامل: ابر روان کننده,ژل میکروسیلیس,پاورژل میکروسیلیس,ضدیخ بتن,..

تعریف بتن :  

بتن، توده ای شبیه سنگ مصنوعی، ماده مرکبی است که از اختلاط مواد اتصال دهنده (سیمان یا آهک) همراه با سنگدانه ها ( ماسه ، شن، سنگ، خرده های آجر و غیره)، آب، مواد افزودنی، به وجود می آید. و غیره در نسبت های خاص استحکام و کیفیت به نسبت اختلاط بستگی دارد.

 

بتن سبک چیست؟

بتن سبک مخلوطی است که با سنگدانه های درشت سبک مانند شیل، خاک رس یا تخته سنگ ساخته می شود که به آن چگالی کم می دهد. بتن سبک سازه ای دارای چگالی در محل 90 تا 115 پوند بر فوت³ است، در حالی که چگالی بتن با وزن معمولی بین 140 تا 150 پوند بر فوت³ است. این امر بتن سبک وزن را برای ساخت سازه های مدرن که به حداقل مقطع در فونداسیون نیاز دارند، ایده آل می کند. به طور فزاینده ای برای ساخت پایه های براق استفاده می شود و به عنوان یک جایگزین مناسب برای بتن معمولی ظاهر شده است.

با این وجود، مقاومت فشاری بالاتر از 7000 تا 10000 psi را می توان با بتن سبک بدست آورد. با این حال، این ممکن است چگالی مخلوط را به خطر بیندازد زیرا نیاز به افزودن پوزولان های بیشتری و افزودنی های کاهش دهنده آب به بتن دارد.

تفاوت بین بتن معمولی و سبک:

بر خلاف بتن سنتی، بتن سبک دارای محتوای آب بیشتری است. استفاده از سنگدانه های متخلخل زمان خشک شدن را افزایش می دهد. از این رو، برای جبران این مشکل، سنگدانه ها قبل از اضافه شدن به سیمان، از قبل در آب خیس می شوند.

همانطور که قبلا ذکر شد، بتن معمولی به دلیل وجود سنگدانه های متراکم تر در حالت طبیعی، می تواند بین 140 تا 150 پوند بر فوت³ وزن داشته باشد. در نتیجه، بسیاری معتقدند که بتن معمولی در مقایسه با LWC ارزان تر است. با این حال، پروژه های ساخته شده با بتن معمولی به مواد اضافی برای قاب، روکش فلزی و تقویت کننده های فولادی نیاز دارند - که در نهایت هزینه کلی را افزایش می دهد. از این رو، LWC یک مصالح ساختمانی مقرون به صرفه باقی می ماند، به ویژه برای پروژه های بزرگتر.

کاربردهای عملی بتن سبک:

یکی از محبوب ترین سازه هایی که با بتن سبک ساخته شده است، ساختمان بانک آمریکا در شارلوت، N.C است. این نشان می دهد که چگونه می توان از LWC برای ساخت سازه های مهیب استفاده کرد، به خصوص که امکان انتقال بار مرده از یک طبقه به طبقه دیگر بسیار کاهش می یابد. .

گروتینگ چیست| بررسی انواع، مزایا، کاربرد

روش استفاده از دوغاب برای ترمیم ترک های بتن، پرکردن شکاف کاشی ها، آب بندی درزها و تثبیت خاک و ... را گروتینگ می گویند.

گروتینگ برای ایجاد استحکام بیشتر به فونداسیون و سازه ساختمان استفاده می شود. همچنین برای ترمیم ترک‌های بتن، پر کردن شکاف‌های کاشی، درزبندی و تثبیت خاک استفاده می‌شود.

انواع گروتینگ

در ساخت و ساز ساختمان، مواد تزریق بسته به فونداسیون شمع، لنگر زمین، زیر بند، سدسازی، راه سازی و عایق رطوبتی ساختمان و ... به روش های مختلفی تهیه می شود که انواع تزریق به شرح زیر است:

1) تزریق سیمان

دوغاب سیمانی برای زمین هایی با نفوذپذیری بالا استفاده می شود که برای آن دوغاب با استفاده از آب، ماسه و سیمان تهیه می شود.

تزریق سیمان برای ایجاد رسوب / تثبیت و استحکام بخشی گسترده ای از سازه ها مانند پل ها، کاربردهای دریایی، سدها و لنگرهای سنگی استفاده می شود.

2) گروتینگ شیمیایی

تزریق شیمیایی نوعی تزریق تراوا است. این نوع مخلوط گروتینگ معمولاً شامل آکریل آمیدها، پلی اورتان ها، آکریلات ها، اپوکسی و سیلیکات های سدیم می باشد.

3) گروتینگ سازه

سازه ای در محل استخراج ساخته می شود. تزریق سازه برای پر کردن شکاف های بین سازه های بتنی و سنگی و پر کردن فضای خالی بین مصالح استخراج شده استفاده می شود. جدای از این، از تزریق سازه ای برای پرکردن ترک های سنگ ها و درزهای سنگ ها در تونل های زیرزمینی نیز استفاده می شود.

5) گروتینگ قیری

تزریق قیر گرم نوع خاصی از تزریق است که در آن از مرجان داغ مذاب به عنوان ماده تزریق استفاده می شود.

مزایای استفاده از گروتینگ

گروتینگ در انواع زمین قابل استفاده است.

گروتینگ ساختار سایت را بهبود می بخشد.

گروتینگ در پرکردن ترک های دیوارها، ستون ها مفید است.

به کنترل جریان آب زیرزمینی، نشت و مواد زائد مضر کمک می کند.                

کاربردهای گروتینگ

برای تعمیر فونداسیون ماشین آلات، صفحات پایه، باربر و اتصالات ستون در سازه های پیش ساخته استفاده می شود.

گروتینگ برای پر کردن شکاف ها، ترک ها در سازه های بتنی استفاده می شود.

برای تعمیر مسیرهای پیاده روی و زمین زیر پی استفاده می شود.

عیوب بنایی و ترک های بتن با تزریق ترمیم می شود.

در تثبیت خاک استفاده می شود.

برای کنترل نشت آب در معادن، تونل ها، سدها، سازه های زیرزمینی استفاده می شود.

گروتینگ برای تعمیر مشکلات غیرعادی و دشوار ژئوتکنیکی و سازه ای استفاده می شود

برای کمک به فرآیند حفاری استفاده می شود.

بتن با چگالی بالا

مقدمه : انواع مختلف بتن بر اساس مواد تشکیل دهنده، طرح مخلوط، روش ساخت، منطقه کاربرد، شکل واکنش هیدراتاسیون تولید می شود. در این مقاله ما به جزئیات بتن با چگالی بالا می پردازیم.

در مقاله انواع بتن و کاربردهای آنها با طور کامل انواع مختلف بتن، خواص و کاربردهای آنها مورد بحث قرار گرفته است.

بتن با چگالی بالا

بتن با چگالی بالا بتنی است که چگالی آن بین 6000 تا 6400 کیلوگرم بر مترمکعب است. بتن با چگالی بالا به بتن سنگین نیز معروف است.  بتن با چگالی بالا عمدتاً به منظور محافظت در برابر تشعشع، برای وزنه های تعادل و سایر مصارف که چگالی بالا مورد نیاز است استفاده می شود.

بتن با چگالی بالا خاصیت محافظ بهتری دارد، به طوری که می تواند از تشعشعات مضر مانند اشعه ایکس، اشعه گاما و نوترون محافظت کند.

خواص بتن با چگالی بالا

مشابه بتن با وزن معمولی، خواص این بتن در شرایط اختلاط تازه و سخت شده را می توان با انتخاب مناسب مصالح و نسبت اختلاط، برای برآوردن نیازهای کاربر تنظیم کرد.

به جز چگالی، خواص فیزیکی این بتن مشابه بتن با وزن معمولی است.

طبق معمول، انرژی تابعی از نسبت مواد آب به سیمان است. بنابراین، برای هر ماده معین، می توان به مقاومت های قابل مقایسه با مقاومت بتن با وزن معمولی دست یافت.

بتن با چگالی بالا را فقط می توان با استفاده از سنگدانه های مختلف طبیعی یا مصنوعی با چگالی بالا تولید کرد. بتن با چگالی بالا را می توان برای اهداف سازه ای و/یا ساخت و ساز تخصصی استفاده کرد. کاربرد اصلی HDC در صنعت هسته ای به عنوان محافظ تشعشع است. باید توجه ویژه ای به نوع خاص سنگدانه های مورد استفاده و نوع سیمان های ترکیب شده در مخلوط بتن شود.

بتن با چگالی بالا (HDC) متشکل از بتن با چگالی بالاتر از حد معمول 2300 تا 2550 کیلوگرم بر متر مکعب است و برای مصارف خاصی مانند محافظ تشعشع، وزنه های متقابل، بالاست ها، دیوارهای ایمن و سقف های ایمن استفاده می شود.

مواد تشکیل دهنده برای بتن با چگالی بالا:

تمام مواد تشکیل دهنده، سیمان، مواد افزودنی و آب مورد استفاده در بتن با چگالی بالا باید مطابق با استانداردهای بتن با چگالی معمولی باشد، اما سنگدانه ها متفاوت است و ممکن است در حین جابجایی، بچینگ، اختلاط، حمل و نقل و قرار دادن نیاز به توجه ویژه داشته باشد. 

1. مصالح

بتن با چگالی بالا (HDC)، چگالی با استفاده از سنگدانه های با چگالی بالا معمولاً اکسیدهای آهن به دست می آید و بستگی به کاربرد مورد نظر، خواص فیزیکی و شیمیایی، در دسترس بودن و هزینه آن دارد. چگالی بتن 3700 تا 3800 کیلوگرم بر مترمکعب، با استفاده از سنگدانه‌هایی با چگالی نسبی ذرات حداقل 4500 کیلوگرم بر متر مکعب و برای چگالی بتن 4800 کیلوگرم بر مترمکعب، سنگدانه‌ها باید دارای چگالی نسبی ذرات حداقل 6000 کیلوگرم بر متر مکعب باشند.

دانه بندی سنگدانه برای HDC به ندرت با استانداردهای سنگدانه معمولی مطابقت دارد زیرا سنگدانه ها به ندرت برای تولید بتن ساخته می شوند، این باید توسط کاربران بالقوه پذیرفته شود زیرا برای تولید HDC مضر نیست. مهمترین بخش مصالح HDC این است که درجه بندی باید ثابت باشد و یک محدودیت درجه بندی قابل اجرا با تامین کننده توافق شود تا طراحی مخلوط بر اساس آن باشد.

2. سیمان

تمام سیمان های مطابق با استاندارد SANS 50197 برای بتن معمولی در صورتی که خواص فیزیکی مورد نیاز را ایجاد کند، می توانند برای HDC استفاده شوند. در صورت وجود ترکیبات واکنش دهنده قلیایی در سنگدانه ها باید از سیمان هایی با محتوای قلیایی کم یا ترکیب مناسبی از سیمان و اکستندر سیمان استفاده شود. سیمان کم قلیایی که بیش از 0.6% Na2O-eq ندارد، ممکن است با سنگدانه‌های واکنش‌پذیر قلیایی مانند شات سرب استفاده شود.

3. مواد افزودنی

افزودن مواد افزودنی می تواند جداسازی، خونریزی را به حداقل برساند، که هر دو می توانند با HDC مشکل ساز باشند. دوام را می توان با نسبت کم آب به سیمان آزاد (w/c) به ویژه در گرید HDC ساختاری بهبود بخشید. استفاده از فوق روان کننده ها توصیه می شود که در ارتباط نوع سیمانی ممکن است تراکم بتن را به طور جزئی افزایش دهد. نرم کننده های فوق العاده در کاهش آب برای به حداقل رساندن خونریزی و حفظ یک ترکیب منسجم که دارای حداقل تفکیک است مفید هستند.

4. آب

آب باید تمیز و عاری از غلظت‌های مضر اسیدها، قلیایی‌ها، نمک‌ها، شکر و سایر مواد آلی یا شیمیایی باشد که می‌تواند دوام و استحکام بتن یا فولاد را مختل کند.