منشور: السبت, ٢٢ أبريل ٢٠٢٣
مُعدل: الجمعة, ٢٢ سبتمبر ٢٠٢٣
فقاعات النانو وتأثيراتها الإيجابية على القوة الميكانيكية للخرسانة
مقدمة
الخرسانة هي إحدى مواد البناء الرئيسية المستخدمة ، ومن المستحيل تقريبًا استبدال الخرسانة بمواد طبيعية أخرى. الأسمنت هو الجزء الرئيسي من عملية تحضير الخرسانة. ومع ذلك ، فإن استهلاك الطاقة في صناعة الأسمنت يستهلك كميات كبيرة من الوقود الأحفوري ويخلق مشاكل بيئية خطيرة بما في ذلك تلوث الهواء وتغير المناخ والاحتباس الحراري من خلال الانبعاث المستمر لثاني أكسيد الكربون (CO2). على سبيل المثال ، ينبعث حوالي 900 كجم من ثاني أكسيد الكربون عند إنتاج طن واحد من الأسمنت ، مما يعني أن ما يقرب من ثلثي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية يتم توليدها عن طريق صناعات الأسمنت. وبالتالي ، يجب تطوير المواد والأنظمة البديلة الصديقة للبيئة وتقييمها لتقليل الاحتباس الحراري والقضايا البيئية الأخرى.
لأول مرة، قدم ريتشارد فاينمان تقنية النانو في ديسمبر عام 1959، حيث ألقى محاضرة بعنوان "هناك مساحة كبيرة في القاع" وقدم تكنولوجيا النانو.فقاعات النانو عبارة عن فقاعات صغيرة جدًا يبلغ قطرها أقل من 200 نانومتر ويمكن أن تبقى في الماء لفترة طويلة. تستخدم تقنية فقاعات النانو على نطاق واسع في مختلف المجالات، مثل طلاء السطح والتنظيف، وإزالة الملوثات، ومعالجة المياه، والهندسة الطبية الحيوية والانكماش، وتحسين تعويم المعادن متناهية الصغر ، وإطلاق الطاقة عند انهيار الفقاعات وتدميرها.
أهمية فقاعات النانو في صلابة خليط الأسمنت
كما ذكرنا سابقًا ، تعد تقنية النانو فرعًا ناشئًا من العلوم يتعلق بفهم المواد التي تصنع في أبعاد النانو والتحكم فيها. تعتبر دراسة الخرسانة وعجينة الأسمنت في المقاييس المجهرية والعيانية مهمة لتطوير مواد البناء الجديدة وتطبيقها.
يمكن تحسين قوة خليط الأسمنت من خلال إضافة مواد نانوية مثل الألياف الفولاذية والألياف الزجاجية والألياف البوليمرية وألياف الكربون والأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) وأكسيد الجرافين (GO). ولكن كل من هذه التقنيات لها نقاط قوتها وضعفها.
إحدى الطرق المستخدمة مؤخرًا لتقوية خليط الأسمنت وتنشيط تفاعل الأسمنت المائي هو تطبيق الفقاعات الدقيقة على ماء الخليط. تعمل فقاعات النانو على زيادة الأس الهيدروجيني والأكسجين المذاب والمقاومة الكهربائية والعكارة ومحتوى النيتروجين في الماء ، مما يؤدي إلى تحسين قوة ضغط الأسمنت مقارنةً بالمياه. أهم ميزات فقاعات النانو هي انخفاض تكاليف الإنتاج وسرعة الإنتاج وتوافرها في أي مكان وزمان.
وفقًا لعدة دراسات، أدى تطبيق فقاعات النانو إلى تحسين الخواص الميكانيكية للخرسانة مثل مقاومة الانضغاط والشد. أظهرت إحدى الدراسات أن استخدام فقاعات النانوي يزيد من قوة الضغط والشد للخرسانة بنسبة تصل إلى 16٪ و 19٪ على التوالي. يُظهر بحث آخر ذي صلة أن استخدام فقاعات الأكسجين النانوية يزيد من القوة الميكانيكية للخرسانة بنسبة تصل إلى 61٪ مقارنة بالخرسانة المصنوعة من ماء الصنبور العادي (الشكل 1 ، 2).
تقدم أكنتي أفضل أدوات فقاعات النانو لإنتاج ما يكفي من فقاعات الأكسجين النانوية. تنتج منتجات لمختلف الصناعات والمجالات بما في ذلك شركات البناء.
نقطة أخرى مهمة هي تطبيق فقاعات النانو وبعض المواد الأخرى مثل الزيوليت والبوزولان شيكنيه في الخرسانة بدلاً من الأسمنت والمياه العامة. يُظهر أحد الأبحاث الحديثة أن خليط الزيوليت، والبوزولان شيكنيه، وماء فقاعات النانو حسّن بشكل كبير من قوة ومتانة الخرسانة، وهو بديل مفيد للأسمنت وخلط الماء لتقليل تلوث الهواء، وزيادة أداء الخرسانة، وتقليل تكاليف إنتاج الخرسانة. .