در تولید بتن و سنگ مصنوعی نانوتکنولوژی، از موادی با ابعاد نانومتری به عنوان افزودنیها استفاده میشود که بهبودهای چشمگیری در خصوصیات ایجاد می‌کنند.
برخی از مواد استفاده شده در سنگ مصنوعی سمنت پلاست نانوتکنولوژی ( بتن نانو تکنولوژی ) عبارتند از:
نانو ذرات اکسید آهن
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم
نانوذرات سیلیکا
نانو ذرات کربنی
نانو ذرات سیلیس و کربنات
نانوذرات اکسید رس
نانو اکسید منیزیوم و آلومنیوم
استفاده از نانوذرات اکسید آهن (Fe2O3) یا دیگر نانوذرات فلزی در سنگ مصنوعی
این نانوذرات به عنوان یک افزودنی به بتن اضافه می‌شوند و میتوانند بهبودهای قابل توجهی در مقاومت مکانیکی و خصوصیات دیگر بتن ایجاد کنند.
نانو ذرات اکسید آهن، که به عنوان نانو ذرات Fe2O3 نیز شناخته می‌شوند، میتوانند تأثیرات متعددی بر روی خواص بتن داشته باشند. در زیر تأثیرات اصلی نانو ذرات اکسید آهن بر بتن را بررسی خواهیم کرد:
افزایش مقاومت مکانیکی: اضافه کردن نانو ذرات اکسید آهن به بتن می‌تواند مقاومت فشاری و خمشی بتن را بهبود بخشد. این ذرات با تولید نیروی ضربه‌ای میان ذرات بتن، بهبودی در ساختار داخلی آن ایجاد می‌کنند و موجب افزایش مقاومت آن می‌شوند.
کاهش نفوذپذیری بتن: یکی از مشکلات مهم در بتن عدم مقاومت آن در برابر نفوذ آب و مواد آلاینده است. با افزودن نانو ذرات اکسید آهن به بتن، می‌توان نفوذپذیری آب و مواد آلاینده را به طور قابل توجهی کاهش داد و مقاومت بتن در برابر نفوذ آب و محیط‌های خارجی را افزایش داد.
بهبود خواص حرارتی: نانو ذرات اکسید آهن میتوانند بهبودی در خواص حرارتی بتن ایجاد کنند. آنها میتوانند تغییرات حرارتی را کنترل کرده و مقاومت بتن در برابر شوک حرارتی و سایر تغییرات دما را افزایش دهند.
کاهش انقباض: نانو ذرات اکسید آهن میتوانند به عنوان ماده پرکننده استفاده شوند تا انقباض بتن را کاهش دهند. این می‌تواند بهبودی در تغییر ابعاد بتن در طول سخت شدن (تغییر حجم) و کاهش ترک خوردگی را نتیجه دهد.
خواص ضد باکتریایی: نانو ذرات اکسید آهن میتوانند خواص ضد باکتریایی را به بتن اضافه کنند. این ویژگی در کاهش رشد باکتری‌ها، قارچ‌ها و عفونت‌ها در سازه‌های بتنی موثر است.
به طور کلی، نانو ذرات اکسید آهن میتوانند بهبودی در مقاومت مکانیکی، کاهش نفوذپذیری، خواص حرارتی، انقباض و خواص ضد باکتریایی بتن ایجاد کنند. این بهبود‌ها میتوانند موجب تقویت ساختاری و افزایش عمر مفید بتن شوند.
استفاده مواد و ترکیبات نانوذرات سیلیکا (SiO2) در سنگ مصنوعی سمنت پلاست
افزودنی‌های سیلیکا نانومتری میتوانند به عنوان یک فاکتور بهبود دهنده در مقاومت فشاری و خصوصیات دیگر بتن عمل کنند.
نانوذرات سیلیکا، که به عنوان نانو درات سیلیسی نیز شناخته می‌شوند، میتوانند تأثیرات مثبتی بر روی خواص بتن داشته باشند. این نانو ذرات که به عنوان مواد پرکننده (filler) در بتن استفاده می‌شوند، به دلیل ویژگی‌هایشان از جمله سطح بالا و اندازه نانومتری، توانایی بهبود عملکرد بتن را دارند. در زیر تأثیرات اصلی نانو درات سیلیکا را بر بتن بررسی خواهیم کرد:
افزایش مقاومت مکانیکی: افزودن نانو درات سیلیکا به بتن می‌تواند مقاومت فشاری و خمشی بتن را بهبود بخشد. این نانوذرات قادرند به شکل موثری در ارتقای ساختار داخلی بتن شرکت کنند و موجب افزایش مقاومت آن شوند.
بهبود خواص مکانیکی: نانو درات سیلیکا میتوانند بهبودی در خواص مکانیکی بتن ایجاد کنند، از جمله مقاومت به خمش، مقاومت به خوردگی و سختی بتن. این خواص بهبود یافته میتوانند استحکام ساختمانی بتن را افزایش دهند و عمر مفید آن را تمدید کنند.
کاهش نفوذپذیری بتن: نفوذپذیری آب و مواد آلاینده به داخل بتن می‌تواند باعث کاهش عمر مفید آن شود. با استفاده از نانو درات سیلیکا، نفوذپذیری بتن می‌تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و مقاومت آن در برابر آب و محیط‌های خارجی افزایش یابد.
بهبود خواص حرارتی: نانو درات سیلیکا میتوانند بهبودی در خواص حرارتی بتن ایجاد کنند. آنها میتوانند تغییرات حرارتی را کنترل کرده و مقاومت بتن در برابر شوک حرارتی و سایر تغییرات دما را افزایش دهند.
کاهش انقباض: نانو درات سیلیکا میتوانند به عنوان ماده پرکننده استفاده شوند تا انقباض بتن را کاهش دهند. این می‌تواند بهبودی در تغییر ابعاد بتن در طول سخت شدن (تغییر حجم) و کاهش ترک خوردگی را نتیجه دهد.
در کل، نانو ذرات سیلیکا میتوانند بهبودی در خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی، نفوذپذیری، خواص حرارتی و انقباض بتن ایجاد کنند. این بهبود‌ها میتوانند منجر به تقویت ساختاری و افزایش عمر مفید بتن شوند.
نانوذرات کربنی (مانند نانوتیوب‌های کربنی یا گرافن) در سنگ مصنوعی سمنت پلاست
این نانوذرات میتوانند به عنوان افزودنی‌هایی برای بهبود هدایت حرارتی و الکتریکی بتن استفاده شوند.
گرافن بتن (Graphene Concrete) به بتنی گفته میشود که به واسطه افزودن نانومواد گرافن به آن، خواص و عملکرد آن را بهبود می‌بخشد. گرافن یک ماده نانوساختاری است که تشکیل شده است از لایه‌های بسیار نازک کربن و به شکل ساختار لایه‌ای شبکه‌ای دارد.
گرافن به عنوان یک ماده با خواص منحصر به فرد، از جمله رسانایی الکتریکی عالی، مقاومت بالا در برابر تنش مکانیکی، انعطاف‌پذیری بالا و وزن سبک، مورد توجه قرار می‌گیرد. با افزودن گرافن به بتن، خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی، رسانایی الکتریکی و گرمایی و سایر ویژگی‌های بتن بهبود می‌یابد.
با اضافه کردن گرافن به بتن، می‌توان موارد زیر را به دست آورد:
مقاومت بالا در برابر تنش مکانیکی: گرافن به دلیل ساختار خود، میزان استحکام و مقاومت بتن را افزایش می‌دهد.
مقاومت به خوردگی: گرافن دارای خواص پاسخ دهی الکتروشیمیایی بالا است که می‌تواند مقاومت بتن در برابر خوردگی را بهبود ببخشد.
رسانایی الکتریکی: حضور گرافن در بتن می‌تواند رسانایی الکتریکی بتن را افزایش دهد و در برخی کاربردها مانند ساختمانهای هوشمند و سیستم‌های حسگری، مفید باشد.
پایداری حرارتی: با اضافه کردن گرافن به بتن، پایداری حرارتی آن افزایش می‌یابد و می‌تواند در کاهش تغییرات حرارتی ناشی از محیط و استفاده از آن در ساختمان‌هایی که نیاز به مقاومت حرارتی بالا دارند، مؤثر باشد.
تحقیقات بیشتر در حال انجام است تا بفهمیم که گرافن چگونه می‌تواند بهبودهای دیگری را در بتن ایجاد کند و در صنعت ساختمان بتنی استفاده شود.
درصد استفاده از این نانومواد معمولاً بسیار کم است، به عنوان مثال استفاده از 1 تا 5 درصد وزنی از نانوذرات به وزن کل بتن. این مقدار کم به دلیل اثرات چشمگیری که نانومواد در این درصدها ایجاد می‌کنند، کافی است. به همین دلیل، کنترل دقیق وزنی و توزیع نانومواد در بتن بسیار حائز اهمیت است.