Gepubliceerd: zaterdag, 22 april 2023
Gewijzigd: vrijdag, 22 september 2023
Nanobubbels en de positieve effecten ervan op de mechanische sterkte van beton
Inleiding
Beton is een van de meest gebruikte bouwmaterialen en het is bijna onmogelijk om beton te vervangen door andere natuurlijke materialen. Cement is het belangrijkste onderdeel van de betonvoorbereiding. Het energieverbruik van de cementindustrie verbruikt echter grote hoeveelheden fossiele brandstoffen en veroorzaakt ernstige milieuproblemen, waaronder luchtverontreiniging, klimaatverandering en opwarming van de aarde door de voortdurende uitstoot van koolstofdioxide (CO2). Bij de productie van één ton cement wordt bijvoorbeeld ongeveer 900 kg CO2 uitgestoten, wat betekent dat bijna tweederde van de wereldwijde CO2-uitstoot wordt veroorzaakt door de cementindustrie. Er moeten dus milieuvriendelijke alternatieve materialen en systemen worden ontwikkeld en geëvalueerd om de opwarming van de aarde en andere milieuproblemen te verminderen.
Voor het eerst werd nanotechnologie geïntroduceerd door Richard Feynman. In december 1959 hield hij een toespraak genaamd "Er is genoeg ruimte aan de onderkant" en introduceerde hij de nanotechnologie.
Nanobellen zijn zeer kleine bellen met een diameter van minder dan 200 nm en kunnen lange tijd in water blijven. Nanobubbles-technologie wordt wild gebruikt op verschillende gebieden, zoals oppervlaktecoating en reiniging, verwijdering van verontreinigende stoffen, waterbehandeling, biomedische en contractie-engineering, verbetering van de flotatie van ultrafijne mineralen en het vrijkomen van energie wanneer de bubbels instorten en vernietigen.
Het belang van nanobellen op de sterkte van cementmengsels
Zoals eerder vermeld, is nanotechnologie een opkomende tak van wetenschap die betrekking heeft op het begrijpen en beheersen van het maken van materialen in nano-afmetingen. Studie van beton en cementpasta op microscopische en macroscopische schaal is belangrijk voor de ontwikkeling van nieuwe bouwmaterialen en hun toepassing.
De sterkte van een cementmengsel kan worden verbeterd door toevoeging van nanomaterialen zoals staalvezel, glasvezel, polymeervezel, koolstofvezel en koolstofnanobuisjes (CNT's) en grafeenoxide (GO). Elk van deze technologieën heeft echter zijn sterke en zwakke punten.
Een van de recent gebruikte methoden om het cementmengsel te versterken en de cementhydratatiereactie te activeren, is het aanbrengen van microbellen op het aanmaakwater. Nanobellen verhogen de pH, opgeloste zuurstof (DO), elektrische geleidbaarheid (EC), troebelheid en stikstofgehalte in water, wat resulteert in een verbetering van de druksterkte van cement in vergelijking met het gebruik van water. De belangrijkste kenmerken van nanobubbels zijn zeer lage productiekosten, snelle productie en beschikbaarheid op elke plaats en tijd.
Volgens verschillende studies verbeterde de toepassing van nanobubbels de mechanische eigenschappen van beton zoals druk- en treksterkte. Uit een van de onderzoeken blijkt dat toepassing van nanobubbels de druk- en treksterkte van beton verhoogt tot respectievelijk 16% en 19%. Een ander gerelateerd onderzoek toont aan dat het gebruik van zuurstof-nanobellen de mechanische sterkte van beton tot 61% verhoogt in vergelijking met beton gemaakt met gewoon leidingwater (Fig. 1, 2).
Acniti biedt de beste producten aan om nanobellen van voldoende zuurstof te voorzien. Zij produceert voor verschillende industrieën en gebieden, waaronder bouwbedrijven.
Een ander belangrijk punt is de toepassing van nanobubbels en enkele andere materialen zoals zeoliet en Chekneh puzzolaan in het beton in plaats van cement en gewoon water. Een recent onderzoek toont aan dat het mengsel van zeoliet, chekneh puzzolan en nanobellenwater de sterkte en duurzaamheid van het beton aanzienlijk heeft verbeterd, wat een zinvol alternatief is voor cement en aanmaakwater om luchtverontreiniging te verminderen, de betonprestaties te verbeteren en de productiekosten van beton te verlagen.