خرسانة مصممة بتقنية النانو لتحسين المتانة والأداء

ملخص النتائج

أظهرت جميع التجارب التأثيرات الإيجابية للمادة المضافة على الأداء العام للخرسانة. ويمكن استخدام هذه المادة المضافة في الخرسانة المحببة الطبيعية وكذلك في الخرسانة المعاد تدويرها.

يمكن تلخيص النتائج الأساسية على النحو التالي:

• • تحسين مقاومة ضغط الخرسانة بعد 28 يومًا حتى 20% مقارنةً بالدواء الوهمي
  • يؤدي التحسين المبكر لهذه القوة إلى تقليل وقت التراجع بحوالي 20%
  • وبالتالي سيتم تقليل كمية الأسمنت المخصصة، مما يساعد على خفض التكاليف بشكل كبير.
  • يؤدي تأثير التفاعل بالإضافة إلى الضغط الفائق إلى عدم وجود مسام قابلة للكشف الكهروضوئي في مواد البناء، مما ينتج عنه امتصاص أقل للرطوبة بالإضافة إلى متانة أعلى وأفضل.
  • يُتيح الضغط الفائق تقليل الشقوق الدقيقة، ويحد من انتشار الشقوق.
  • توفر المتانة المعززة بفضل المصفوفة المدمجة حماية من العوامل المدمرة
  • لم يتم رصد أي تأثيرات ناتجة عن التقلص
  • يُتيح السطح الأملس إلى حد ما تصنيع الخرسانة ذات المظهر المكشوف بشكل ملحوظ
  • انخفاض كبير في تزهير الجير
  • ضغط ذاتي عالي الفعالية

باختصار، أؤكد أن المادة المضافة الجديدة ... فعالة للغاية في إحداث بنية أكثر تماسكًا، وتقوية/ضغط أسرع وأفضل، وتحسين قوة الضغط النهائية، مما يوفر متانة ممتدة للمنتج النهائي.

تحديد قوة ألواح الخرسانة مع مادة NTS المضافة (المعروفة أيضًا باسم Renolith) - تقرير الاختبار رقم 875-11-006، 2011

تم تحديد قوة ألواح الخرسانة المسلحة وغير المسلحة في جامعة الموارد الطبيعية وعلوم الحياة التطبيقية في فيينا، معهد الهندسة الإنشائية. وكان الهدف هو اختبار تأثير المادة المضافة البوليمرية NTS® (NanoterraSoil) [المعروفة أيضًا باسم Renolith] في تعزيز القوة.

تم فحص خمسة خلطات مختلفة. صُنعت 24 عينة اختبار من ألواح الخرسانة بأبعاد تقريبية 500×500×80 مم. استُخدمت الخرسانة القياسية في جميع العينات.

تم اختبار العينات في وضعية انحناء ثلاثي النقاط قصيرة المدى، كما هو موضح في صور نموذج العناصر المحدودة أدناه. تمثل المناطق الحمراء إجهادات الضغط، بينما تمثل المناطق الخضراء إجهادات الشد. تنبأ النموذج بأنه مع زيادة الحمل على لوحة تطبيق القوة، يتشكل قوس ضغط في المنطقة السفلية، والذي يحافظ على توازنه بواسطة دعامة شد. إذا لم يعد الخرسانة قادرة على امتصاص إجهادات الشد هذه بسبب مقاومتها المنخفضة نسبيًا للشد، يحدث تشقق وتتغير توزيعات الإجهادات حتى يحدث الانهيار الكامل.

استكشفت العديد من الأبحاث التطبيقات المحتملة للمواد النانوية في الخرسانة. وفيما يلي بعض الأمثلة.

سوبوليف وآخرون 2012 استعرضت الدراسة الآثار المفيدة لتقنية النانو في تحسين أداء الخرسانة:

يمكن هندسة الخرسانة بتقنية النانو من خلال دمج وحدات بناء أو أجسام نانوية الحجم (مثل الجسيمات النانوية والأنابيب النانوية) للتحكم في سلوك المادة وإضافة خصائص جديدة، أو عن طريق تطعيم جزيئات على جزيئات الأسمنت، ومكوناته، ومكونات الركام، والمضافات (بما في ذلك المضافات النانوية) لتوفير وظائف سطحية، والتي يمكن تعديلها لتعزيز تفاعلات بينية محددة. يُعد الجسيم النانوي وحدة البناء الأساسية في تقنية النانو، ويتكون من آلاف الذرات المدمجة في عنقود يتراوح حجمه بين 1 و100 نانومتر. يوفر تصغير الحجم نسبة استثنائية بين مساحة السطح والحجم، وتغييرات في طاقة السطح، والتركيب الكيميائي السطحي، وشكل سطح الجسيم، مما يُغير خصائصه الأساسية وتفاعليته. وقد ثبت أن الجسيمات النانوية تُحسّن بشكل كبير الأداء الميكانيكي لمجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك المعادن، والبوليمرات، والسيراميك، ومركبات الخرسانة. على سبيل المثال، ثبت أن السيليكا النانوية (جسيمات ثاني أكسيد السيليكون النانوية، nano-SiO 2) تعمل على تحسين قابلية التشغيل والقوة في الخرسانة عالية الأداء والخرسانة ذاتية الدمك.

حسيني وآخرون 2009 بحثت هذه الدراسة استخدام جزيئات السيليكا النانوية (nano-SiO2) لتحسين البنية المجهرية ومقاومة الضغط للركام الخرساني المعاد تدويره (RCA). وقد تبين أن مقاومة العينات المصنعة من الركام الخشن المعاد تدويره أقل من مقاومة الخلطات القياسية. ويُعزى انخفاض مقاومة الخرسانة المصنعة من الركام المعاد تدويره بشكل رئيسي إلى وجود الملاط القديم الملتصق به، حيث أن مقاومة الملاط أقل بكثير من مقاومة الركام الطبيعي. وأكدت نتائج الاختبارات بوضوح أن إضافة جزيئات السيليكا النانوية إلى مصفوفة الخرسانة يمكن أن تزيد بشكل ملحوظ من المقاومة الكلية. وقد رُبطت هذه الملاحظة مباشرةً بالسلوك البوزولاني الفائق للجزيئات النانوية.

سعيد وآخرون 2012 تم التحقق من تأثير السيليكا النانوية الغروية على الخرسانة التي تحتوي على مواد رابطة أحادية (أسمنت عادي) ومواد رابطة ثنائية (أسمنت عادي + رماد متطاير من الفئة F):

لوحظ تحسن ملحوظ في الخلطات التي تحتوي على السيليكا النانوية من حيث التفاعل، وتطور المقاومة، وتحسين بنية المسام، وتكثيف منطقة الانتقال البينية. يُعزى هذا التحسن بشكل رئيسي إلى المساحة السطحية الكبيرة لجزيئات السيليكا النانوية، والتي تُحدث تأثيرات بوزولانية وحشوية على المصفوفة الأسمنتية. أشارت التحليلات المجهرية والحرارية إلى أن مساهمة التأثيرات البوزولانية والحشوية في تحسين بنية المسام تعتمد على جرعة السيليكا النانوية.

موخارجي وآخرون 2014 أُجريت دراسة تجريبية حول تأثير السيليكا النانوية الغروية على سلوك الخرسانة المحتوية على ركام خشن مُعاد تدويره من نوع 100%. وقد لوحظ تحسن في مقاومة الضغط، ومقاومة الشد، ومعاملات الفحص غير المتلف. علاوة على ذلك، كشفت الدراسة أن خصائص الخرسانة المُعاد تدويرها والمُضاف إليها كمية صغيرة من السيليكا النانوية تُشابه خصائص الخرسانة المُصنعة من الركام الطبيعي.