مقدمه ای بر تکنولوژی نانو در مهندسی عمران و ارزیابی اثرات نانولوله های کربنی بر خصوصیات بتن و سیمان
چکیده
دستاوردهای حاصل از فناوری نانو، نوید دهنده ایجاد تحولات اساسی در مهندسی عمران و صنعت «ساخت و ساز» است. ساخت و سازهای سریعتر، مطمئنتر، مطلوبتر، پایدارتر و مقرونبهصرفهتر از جمله تحولاتی است که با کمک فناوری نانو در این صنعت به وقوع میپیوندد. فناوری نانو تقریبا در تمام بخشهای مهندسی عمران و صنعت ساختمان شامل بتن، سیمان، اسکلت، نما، سیستمهای ساختمانی و طراحی داخلی کاربرد دارد. استفاده از این فناوری در صنعت ساختمان موجب تولید مصالح ساختمانی چند منظوره با کارایی بالا شده و ضمن ایجاد ارزش افزوده، باعث افزایش دوام و کیفیت مصالح ساختمانی میشود. با ورود نانو تکنولوژی به حوزه بتن که اصلیترین عنصر ساخت و ساز میباشد، تحولی عظیم در این صنعت ایجاد شده است، که نتیجه آن افزایش مقاومت، بهبود تراکم ذرات، جلوگیری از نفوذپذیری یون کلر در بتن و جلوگیری از خوردگی آرماتورها میباشد. در این مطالعه، کاربردهای فناوری نانو در مهندسی عمران همگام با پیشرفت تکنولوژی به تفصیل شرح داده خواهد شد. ساخت بتن و سازههای بتنی لزوم پایداری، استحکام، تعمیر و نگهداری، ترمیم و مقاوم سازی آنها را بوجود میآورد. بنابراین، مطالعه روشهای استفاده از نانوذرات در بتن گامی موثر در جهت بهبود عملکرد بتن و سیمان در شرایط محیطی مختلف میباشد. علاوه بر این به شناخت رفتار عملکردی سیمان و بتن در مقیاس نانو و همچنین معرفی بتنهای نوین در حوزه فناوری نانو نظیر بتنهای شکل پذیر و بتنهای ساخته شده از نانولولههای کربنی و نانوذرات پرداخته خواهد شد که استفاده از این مواد را بعنوان گامی موثر برای رسیدن به فناوریهای جدید در تغییر و تحول مصالح ساختمانی پیشنهاد میکند. در پایان یک تیر بتنی حاوی نانولوله های کربنی در نرم افزار المان محدود آباکوس مدل سازی میشود و منحنی های بار-تغییر مکان برای دوحالت توزیع یکنواخت و غیریکنواخت نانولوله های کربنی استخراج میشوند.
مقدمه
فناوری نانو از فناوریهای نوین است که با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه میباشد و عرصههای مختلف دانش را در زیر سایه خود قرار داده است. این فناوری حدود نیم قرن پیش به دنیا معرفی شد و طی دو دهه گذشته پیشرفت و توسعه چشمگیری داشته است. در واقع این فناوری با اصول و مفاهیم شیمی و فیزیک آمیخته است. فناوری نانو فرآیند استفاده از ذرات بسیار کوچک مواد است که توسط خودشان و یا طی دستکاری در مقیاس اتمی برای تولید مواد در مقیاس بزرگ، بوسیله کنترل مواد در سطح اتمها و مولکولهاست، (Dhire et al. 2005, Saurav, 2012).
نانو تکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود. از همین تعریف ساده برمیآید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشتههاست. فناوری نانو در علـوم مهندسـی، محـیط زیست و ساخت تجهیزات محافظ محیط زیست در مقابل انواع آلودگیهای زیست محیطی (آب ، خاک ، هــوا وصــوت) بسیار کاربرد دارد. همچنین برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزههای مختلف از قبیل غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژی، محیط زیست، مواد و هوافضا برشمردهاند و استفاده از آن باعث صرفهجویی در مصرف، هزینه، انرژی، حفاظت از منابع محیط زیست و پیشگیری و رفع آلودگیهای زیست محیطی و در نهایت دستیابی به توسعه پایـدار میشـود. فنـاوری نانو یک فناوری سازگار با محیط زیست بوده و بدیهی است که کاربردهای عملی آن روز بـه روز افزونتر خواهـد شد، (صابری صحنه، لاریجانی، ۱۳۸۹).
فناوری نانو بطور ساده به توصیف دو راه برای استفاده از فناوری نانو در بتن میپردازد. راه اول: علم نانو که با اندازه گیری خصوصیات نانو و میکروساختار مواد مبتنی بر سیمان برای درک بهتر خواص ساختار ابعاد بزرگتر و عملکرد آن از طریق استفاده از تکنیکهای توصیف پیشرفته و مدلسازی سطح مربوط به اتمی یا مولکولی تاثیر گذار مرتبط است. راه دوم: نانو مهندسی شامل تکنیک دستکاری ساختار در مقیاس نانومتری برای توسعه نسل جدیدی از طراحی چند منظوره و مواد مرکب سیمانی با عملکرد برتر مکانیکی و داشتن طیف وسیعی از خواص مانند مقاومت الکتریکی کم، انعطاف پذیری بالا، خودترمیمی و کنترل ترک است. بتن را میتوان توسط اختلاط با نانوذرات برای کنترل رفتار مواد و اضافه کردن خواص برای ارائه کارایی بهتر تولید کرد، (ستوده و بهرامی، ۱۳۹۴).
فهرست مطالب
۱- فصل اول: کلیات تحقیق
۱-۱- مقدمه
۱-۲- بیان مساله
۱-۳- اهمیت و ضرورت تحقیق
۱-۴- اهداف
۱-۴-۱- اهداف علمی
۱-۴-۲- اهداف کاربردی
۱-۵- سوالات تحقیق
۱-۶- فرضیه ها
۱-۷- محدوده تحقیق
۱-۸- تعاریف واژه ها
۲- فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق
۲-۱- ادبیات تحقیق
۲-۱-۱- نانوسیلیس
۲-۱-۲- نانولوله های کربنی
۲-۲- پیشینه تحقیق
۳- فصل سوم: روش اجرای تحقیق
۳-۱- مقدمه
۳-۲- تاریخچه فناوری نانو
۳-۳- فناوری نانو
۳-۴- کاربردهای فناوری نانو در ساخت تجهیزات
۳-۴-۱- ابزار برشکاری بسیار سخت
۳-۴-۲- رنگها و محلولها
۳-۴-۳- نمایشگرها
۳-۴-۴- باطریها
۳-۴-۵- مواد مغناطیسی
۳-۴-۶- لباس های نظامی
۳-۵- کاربرد فناوری نانو در صنایع مختلف
۳-۵-۱- هوافضا
۳-۵-۲- پزشکی
۳-۵-۳- کشاورزی و علوم دامی
۳-۵-۴- الکترونیک
۳-۵-۵- تولید مواد و محصولات صنعتی
۳-۵-۶- صنعت آب
۳-۶- نانوذرات
۳-۷- ارتباط بین فناوری نانو و توسعه پایدار
۳-۸- فناوری نانو و محیط زیست
۳-۸-۱- نانوحسگرهای زیست محیطی
۳-۸-۲- غبارهای هوشمند
۳-۸-۳- نانوفیلترها و نانوحسگرها
۳-۸-۴- نانوپودرها
۳-۸-۵- نانوبیومواد
۳-۹- نانو لولههای کربنی
۳-۹-۱- کشف نانولوله های کربنی
۳-۹-۲- خواص نانو لوله های کربنی
۳-۹-۳- روش های بررسی خواص نانو لوله های کربنی
۳-۹-۴- به عنوان تقویت کننده در کامپوزیتها
۳-۹-۵- استفاده از نانولولههای تک دیواره در صنعت الکترونیک
۳-۹-۶- ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی
۳-۹-۷- ساخت نانوماشینها با استفاده از نانولولههای کربنی
۴- فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها
۴-۱- مقدمه
۴-۲- کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران و صنعت ساختمان
۴-۳- فناوری نانو و پوشش های ساختمانی نانو
۴-۴- نانو پوشش های سنگ و چوب
۴-۵- آجرها وسرامیک ها
۴-۶- شیشه
۴-۶-۱- شیشه های خود تمیز شونده
۴-۶-۲- شیشه های کنترل کننده انرژی
۴-۶-۳- شیشه های محافظ در برابر آتش
۴-۷- فولاد
۴-۸- حسگرها
۴-۹- نقش فناوری نانو در صنعت بتن و سیمان
۴-۹-۱- بهبود خواص سیمان و بتن
۴-۹-۲- نانو ذرات سیمان
۴-۹-۳- نانو رس ها
۴-۹-۴- نانو سیلیس
۴-۹-۵- نانوذرات اکسید آهن
۴-۹-۶- دی اکسید تیتانیوم
۴-۹-۷- نانو ذرات اکسید آلومینیوم
۴-۹-۸- نانو سیلیس آمورف
۴-۱۰- نانو پوششهای بتنی
۴-۱۱- نقش فناوری نانو در بتن های نوین
۴-۱۱-۱- بتن شکل پذیر
۴-۱۱-۲- بتن شکل پذیر قابل ارتجاع
۴-۱۱-۳- بتن خود ترمیم شونده
۴-۱۱-۴- استفاده از میکروکپسول
۴-۱۱-۵- استفاده از فیبرهای (لولههای) پر شده با مواد ترمیم گر
۴-۱۱-۶- استفاده از نانولولههای کربنی
۴-۱۱-۷- استفاده از روش بیولوژیکی (باکتری)
۴-۱۲- مدل سازی تیر بتنی تقویت شده با نانولوله های کربنی
۴-۱۲-۱- هندسه مدل
۴-۱۲-۲- مشخصات مصالح
۴-۱۲-۳- مدلهای ساختاری بتن
۴-۱۲-۴- مدلسازی و نتایج
۴-۱۲-۵- منحنی بار-تغییر مکان
۴-۱۲-۶- توزیع ترک در تیر بتنی
۵- فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات
۵-۱- مقدمه
۵-۲- نتیجه گیری
۵-۳- ارائه پیشنهادات
فهرست منابع و مآخذ
چکیده انگلیسی
هنوز بررسیای ثبت نشده است.