کاربرد فناوری نانو در ساخت سیمان

برای مطالعه مقاله به ادامه مطلب مراجعه فرمایید ...

امروزه سيمان با توجه به کاربردهاي مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمي در زندگي بشر ايفا مي‌كند. از سوي ديگر مسأله زمان نيز از موضوعات اقتصادي حائز اهميت براي صاحبان صنايع به شمار مي‌آيد و کاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادي قابل توجهي را به دنبال خواهد داشت.
اخيراً توليدکنندگان سيمان دريافته‌اند كه کاهش اندازه ذرات سيمان تا ابعاد نانو مقياس، موجب تسريع در سفت شدن آن مي‌شود؛ لذا گروهي از محققان سوئيسي با استفاده از روش فاز گازي و سنتز به شيوه تزريق شعله‌اي، به روشي براي آماده‌سازي مستقيم و تک‌مرحله‌اي نوعي سيمان نانوذره‌اي از جنس نانوذرات سيليکات کلسيم(همان ترکيب سيمان پورتلند معمولي) دست يافته‌اند که واکنش‌پذيري اوليه آن ده برابر بيش از سيمان‌هايي است که به روش‌هاي معمولي تهيه شده‌اند؛ البته اين سيمان بسيار متخلخل بوده و پايداري‌اش نسبت به سيمان‌هاي معمولي كمتر است و هنوز براي کارهاي ساختماني مدرن كه مستلزم تحمل بار زياد است، مناسب نيست.
mW / رهايش انرژي
زمان بر حسب ساعت
سيمان ساخته‌شده به روش تزريق شعله
کل انرژي آزادشده = J/g 372
سيمان تجاري معمولي
کل انرژي آزادشده = J/g 377
(سمت چپ) واکنشگر تزريق شعله طي فرايند توليد مخلوط نانوذرات اکسيد فلزي که از ترکيبات سيمان پورتلند است. (بالا سمت راست) سيمان ساخته‌شده از نانوذرات پودري که به رنگ روشن با زمينه قهوه‌اي است. ( سمت راست پايين ) يک ميکروگراف الکتروني انتقالي(TEM) که پس از آماده شدن ذرات سيمان از آنها تهيه شده‌است . در اين ميکروگراف شکل نانوذرات باقي‌مانده شبيه سيليکايي است كه با شعله ساخته شده‌است.
(سمت راست) نمودار رهايش گرمايي از اين ذرات و ذرات سيمان معمولي که با يک کالريمتر هم‌دما اندازه‌گيري شده‌است. همان‌طور که ملاحظه مي‌شود رهايش گرمايي نانوسيمان(حدود يک دقيقه پس از تماس با آب) بسيار سريع‌تر از سيمان معمولي(حدود هفت دقيقه) است. در اين روش يک پيک ديگر هم پس از مدت ده ساعت وجود دارد که در اين شکل نشان داده نشده‌است
آنها براي توليد پيش‌سازهاي بسيار ارزان، از برخي مواد شيميايي مانند محصولات فرعي حاصل از پالايش نفت خام و فرايند آئروسل شعله‌اي( که در توليد رنگ‌دانه و کربن بلک به کار مي‌رود) استفاده کردند و موفق به فراوري کامل ترکيبات پچيده‌اي مانند سيمان پورتلند شدند.
اين نانوسيمان برخلاف سيمان پورتلند معمولي، متناسب با دماي محيط واکنش، نانوذراتي با اندازه‌هاي مختلف( به‌طور متوسط يک سوم ذرات مشابه در سيمان معمولي) دارد، همچنين اندازه کوچک اين ذرات موجب تغيير کامل رفتار هيدراسيون اين سيمان شده و در نتيجه ضمن حفظ همان واکنش‌هاي ترموديناميکي، واکنش‌هاي سينتيکي متفاوتي را خواهد داشت.
دانشمندان اميدوارند به‌رغم تخلخل بالاي اين مواد، بتوان با توجه به واکنش‌پذيري اوليه بسيار خوبي که دارند، کاربردهاي جديدي را به‌ويژه در مواردي که کوتاه بودن زمان سفت شدن حائز اهميت است، به وجود آورند.
هم‌اکنون از اين نانوسيمان متخلخل در نوسازي يا عايق‌کاري کاربردهايي که نياز چنداني به استحکام در برابر فشردگي ندارند و ترکيب آنها با مواد معمولي به بهبود سخت شدگي آنها کمک مي‌کند، استفاده مي‌شود، همچنين اين سيمان در کاربردهاي هزينه‌بر کوچک‌مقياس به‌ويژه اتصالات ساختماني يا به‌صورت ترکيبي با فرمو‌ل‌ها موجود که به تسريع کار آنها کمک مي‌کند نيز کاربرد دارد.
گفتني است مقاله‌اي هم در همين زمينه در شماره اخير نشريه Nanotechnology با عنوان "Preparation of an ultra fast binding cement from calcium silicate-based mixed oxide nanoparticles"  به چاپ رسيده‌است