توحید مشمول

This review paper discussed on the nano materials in concrete. Nowadays, the application of nano materials has received numerous attentions to enhance the conventional concrete properties. Eventually, the introduction of nano materials in concrete is to increase its strength and durability. Nano material is defined as material that contains particle size which less than 200 nm. For the purpose of concrete study, the application of nano materials must be at least 500 nm in size. The addition of ultrafine nano material will help to reduce the cement content by partially replacing cement on weight basis to improve the binding effect. The ultrafine particles of nano material will also help reduce the formation of micro pores by acting as a filler agent, producing a very dense concrete and automatically reduce the growth of micro pores in the UHPC structures. Moreover, this paper presents on the advantages and benefits to enhance the concrete by utilizing nano materials.

در این مقاله به بررسی پیرامون مواد نانو در بتن می پردازدیم. امروزه، کاربرد نانومواد توجهات بسیاری را به خود معطوف داشته تا خواص بتن معمولی ( بدون ارماتور) را بهبود بخشد. در نهایت، افزودن نانومواد به بتن موجب افزایش مقاومت و دوام بتن می شد. در تعریف ماده ی نانو می توان گفت که به هر ماده‌ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر 200 نانومتر) باشد اطلاق می‌شود. برای بررسی بتن می بایستی نانومواد استفاده شده در بتن در مقیاسی حداقل ۵۰۰ نانومتر باشد. افزودن نانومواد فوق ریز با جایگزینی وزن جزئی سیمان جهت بهبود اثر چسبندگی (binding effect) به کاهش محتوای سیمان کمک می کند. ذرات فوق ریز ماده ی نانو به کاهش شکل گیری ریزمنافذ (micro pores) نیز کمک می کند، چراکه به شکل ماده پرکننده یا همان فیلرها عمل می کند و بتن متراکم تری را تولید کرده و بطور خودکار رشد ریزمنافذ در ساختار بتنهای فوق العاده پرمقاومت (UHPC) را کاهش میدهد. در این مقاله به بررسی مزایا و معایب بهبود بتن با استفاده از نانومواد می پردازیم.

In general, polycarboxylates (PCE) is a polymer based composed by methoxy-polyethylene glycol copolymer acts as secondary or side reaction that is reinforced with methacrylic acid copolymer which acts as the main component. The carboxylate group normally consists of water particle, providing a negative charge along the PCE backbone. The polyethylene oxide group offers a non uniform distribution of electron cloud, which gives a chemical polarity to the secondary or side reaction. The number and the length of secondary or side reactions are flexible parameters that are easy to change. When the secondary or side reactions have a huge amount of electron units, they lower their high molar mass and change the density of the polymer, which results in poor performance on cement suspensions. In order for both chains to merge and paired at the same time, long side particles and high charge density must be connected from one to another reaction.

در حالت کلی ، پلی کربوکسیلات یا PCE ، پایه پلیمری بوده که توسط کوپلیمرهای متکیسی-پلی اتیلن گلیکول تشکیل شده و به عنوان واکنش دوم یا جانبی با کوپلیمر متاکریلیک اسید که به عنوان ماده ی اصلی عمل می کند مسلح می شود. گروه کربوکسیلات به طور معمول از ذرات آب تشکیل شده که باعث ایجاد بار منفی در شاخه اصلی پلی کربوکسیلات به نام back bone می شود. گروه اکسید پلی اتیلن یک توزیع غیر یکنواخت ابر الکترونی فراهم می کند که واکنش دوم یا جانبی (side reaction) در قطبیت شیمیایی (chemical polarity) روی می دهد. تعداد و طول واکنش های دوم یا جانبی ، پارامترهای قابل انعطاف پذیری هستند که می توانند تغییر کنند. هنگامی که واکنش های دوم یا جانبی دارای مقدار زیادی از واحد های سلولی الکترون (electron units) باشند ، در اینصورت جرم مولی (molar mass) بالا را کاهش داده و چگالی پلیمر را تغییر می دهند بدین ترتیب عملکرد ضعیف در سوسپانسیون یا مواد تشکیل دهنده ی سیمان (cement suspensions) مشاهده می شود.

Silica and alumina are two (2) major chemicals involves in cement hydration. The function of silica in cement is to change strength properties where alumina controls the setting time of cement. Nano alumina is formed from alumina itself. There are limited studies reported on the use of nano alumina in concrete. The addition of nano alumina in concrete especially UHPC can hugely affect concrete properties as it controls the setting time of cement. The function of nano alumina in cement is to speed up the initial setting time for UHPC. This will reduce segregation and flocculation. Disruption in cement will create non homogeneity in UHPC mixes, and hence the performance of UHPC will be affected. Nano alumina in UHPC acts as dispersion agent in cement particles [61–64]. Furthermore, since the size is in nano form, nano alumina also refines the voids in the hydration gel as nano filler. Since cement content in existing UHPC proportion is high, dispersion of cement grains in UHPC must take place concurrently with silica action in the hydration process. Without nano alumina refining of hydration product, the hydration process will be slower because the internal structure of hydration gel cannot be penetrated by silica component. By adding nano alumina, the path will be created and silica or binding materials will be easily injected into the microstructure of hydration gel and the refining process will start [27,62,65].

سیلیس و آلومینا دو ماده ی شیمیایی موجود در هیدراتاسیون سیمان (cement hydration) هستند. عملکرد سیلیس در سیمان خواص مقاومت را تغییر می دهد ولی آلومینا زمان گیرش (setting time) سیمان را کنترل می کند. نانو آلومینا از خود آلومینا تشکیل شده است. تا به حال بررسی های محدود یا کمتری در مورد استفاده از نانو آلومینا در بتن گزارش شده است. افزودن نانو آلومینا به بتن علی الخصوص بتنهای فوق العاده پرمقاومت (UHPC) می تواند شدت خواص بتن را در کنترل زمان گیرش سیمان تحت تاثیر قرار دهد. عملکرد نانو آلومینا در سیمان ، سرعت گیرش اولیه برای UHPC را افزایش می دهد که این امر باعث کرمو شدگی یا جداشدگی (Segregation) بتن می شود. شکست یا توزیع (Disruption) سیمان موجب عدم همگنی در مخلوط UHPC خواهد شد و از این رو عملکرد UHPC تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. نانو آلومینا در UHPC به عنوان ماده منتشره یا پراکنده ( Dispersing agent) در ذرات سیمان عمل می کند. همانطور که اندازه در شکل نانو تعریف می شود ، نانو آلومینا نیز حفره ها را در ژل هیدراتاسیون به عنوان پرکننده نانو تعریف می کند. از آنجایی که محتوای سیمان در نسبت UHPC بالا است، پراکندگی (dispersion) دانه های سیمان در UHPC می بایستی همزمان با عمل سیلیس در فرآیند هیدراتاسیون صورت گیرد. بدون جداسازی یا پالایش (refining) نانو آلومینا در محصول هیدراتاسیون، روند هیدراتاسیون کندتر خواهد شد، زیرا ساختار داخلی ژل هیدراتاسیون با ماده سیلیس نفوذپذیر نمی باشد. با استفاده از نانو آلومینا، مسیری ایجاد می شود که سیلیس یا مواد چسبنده یا ملات (binding materials) به راحتی به داخل میکروساختار ژل هیدراتاسیون تزریق شود و فرایند پالایندگی آغاز شود.