تكمن حاجة العالم المتزايدة في تطوير مواد بناء ذكية ومستدامة، والتي ستولد الحد الأدنى من الغاز المتغير للمناخ أثناء إنتاجها، أثبتت تقنية النانو من أسفل إلى أعلى أنها تقنية بديلة واعدة لإنتاج المواد الأسمنتية، يتم التركيب الكيميائي للمادة الأسمنتية باستخدام سيليكات النانو وألومينات الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم ونترات الكالسيوم كمرحلة تفاعل، وتم التحقق من الخصائص المميزة للإسمنت النانوي المركب كيميائيًا من خلال تحليل التركيب الكيميائي وقياس الوقت وتوزيع حجم الجسيمات وتحليل الدقة، أخيرًا تم ضمان أداء الإسمنت النانوي من خلال تصنيع وتوصيف الملاط القائم على الأسمنت النانوي.
الأسمنت
تشير التقديرات إلى أن إجمالي 4.3 مليار طن من الأسمنت يتم إنتاجها سنويًا في جميع أنحاء العالم مع زيادة سريعة في الطلب، يرتبط إنتاج مثل هذه الكمية الضخمة من الأسمنت باستهلاك الطاقة الهائل والتكلفة الكبيرة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري في البيئة، لذلك من الضروري تطوير أغلفة بديلة تكون فعالة من حيث التكلفة وأكثر صداقة للبيئة، يمكن أن يكون تقديم تقنية جديدة لطرق تصنيع الأسمنت المتوافقة مع مبادئ الاستدامة استجابة مناسبة لهذه الضرورة، يمكن اعتبار استخدام تقنية النانو لإنتاج الأسمنت النانوي بمثابة نهج محتمل في هذا الصدد.
يمكن تحقيق هذه التقنية في التصنيع عن طريق زيادة مساحة السطح المحددة للأسمنت عن طريق إنتاج جزيئات أسمنت بمقياس النانو، أي الجسيمات التي يقل حجمها عن 100 نانو متر، تؤدي زيادة مساحة السطح إلى زيادة التفاعل الكيميائي وتأثير التنوي، وبالتالي تحسين قوة ومتانة الخرسانة مع كمية أقل من الأسمنت.
ما هو النانو أسمنت nanocement
الاسمنت النانوي هو الأسمنت الناتج عن التنشيط الميكانيكي لجزيئات الأسمنت النووي في نطاق حجم 2-3 ميكرون عن طريق الطلاء بأغشية بسماكة 10 إلى 100 نانومتر من المواد المعدلة.
يتم استخدام أكثر من 65٪ من المكملات المعدنية مثل الرمل والرماد والخبث والمواد المضافة والبوليمر كمواد معدلة، حيث يسعى تطوير صناعة الأسمنت والخرسانة الحديثة إلى تحسين متانة المواد عن طريق إضافة الكمية المطلوبة من الجسيمات النانوية، أو يمكن تحسين الهيكل القائم على النانو للمواد القائمة على الأسمنت.
الجسيمات النانوية المستخدمة بكثرة هي السيليكا النانوية والبلاستيك النانوي والأنابيب النانوية الكربونية، يتم التعامل مع تحسين متانة المواد من خلال تغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للموثق بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تقلل استخدامات الطين النانوي والأنابيب النانوية الكربونية من خاصية النقل وتحسين البنية المجهرية وتقليل عدم استقرار حجم المواد القائمة على الأسمنت.
تم الإبلاغ عن إمكانية استخدام الأسمنت النانوي لإنتاج 500-800 علامة تجارية من الخرسانة عالية القوة و 1300-1500 علامة تجارية من الخرسانة شديدة التحمل، “لقد تم الحصول على براءة اختراع أمريكية لطريقة إنتاج الأسمنت النانوي والأسمنت النانوي”
الجرافيت النانوي
كما يخضع حاليًا استخدام الجرافيت النانوي كمادة مضافة في الأسمنت، من المتوقع أن لا يؤدي استخدام الجرافيت النانوي في الأسمنت إلى تحسين الخواص الميكانيكية فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تحسين وقت المعالجة بشكل أسرع، وتثبيط الفشل المبكر في الخرسانة، والقدرة على تحمل القوى الخارجية الكبيرة الناتجة عن الزلازل والانفجارات.
من الممكن أيضًا استخدام كمية أقل من الخرسانة مما يعني المساهمة في نهاية المطاف في إنتاج كمية أقل من الأسمنت البورتلاندي وبالتالي تقليل المشاكل البيئية المرتبطة بتصنيع الأسمنت البورتلاندي، وتشمل المالئة النانومترية الأخرى المستخدمة لتحسين خواص الأسمنت البورتلاندي.
وفقًا لنموذج (Feldman-Sereda)، يتكون معجون الأسمنت أساسًا من مسام هلامية ومسام شعرية وطبقة داخلية من الماء، في الخرسانة، توجد منطقة انتقالية بينية بين عجينة الأسمنت والركام، مما يؤدي إلى إنشاء رابط ضعيف في الخرسانة، وهو الموقع الذي تحدث فيه الشقوق الأولى بشكل أساسي وبالتالي، من المهم إنتاج خرسانة خالية من التشققات مع إمكانية دمج مادة السيليكا النانوية.
لقد تحقق في إنتاج هذه الجسيمات النانوية من كل من النهجين من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى، يعتبر النهج التنازلي أكثر قابلية للتطبيق من الناحية الصناعية، حيث يمكن استخدام كميات كبيرة من المواد السائبة الموجودة بشكل طبيعي لإنتاج المواد النانوية المقابلة من خلال تقليل حجم الجسيمات.
ويعتمد النهج التنازلي على تقليل حجم المواد السائبة إلى حجم النطاق النانوي الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، يمكن القيام بذلك عن طريق سحق المواد السائبة لصنع مساحيق، والغربلة إلى أجزاء مختلفة، وسحق المزيد من الكسور ذات الحجم الكبير وأخيراً الطحن للحصول على أحجام النانوي.
تمتلك الجسيمات النانوية مساحة سطح كبيرة إلى نسبة الحجم من نظيراتها السائبة، وبسبب صغر حجمها، يمكنها ملء تجاويف صغيرة من مصفوفة الأسمنت، مما يؤدي إلى تكثيف البنية لإنتاج قوة محسنة وتفاعلات كيميائية أسرع مثل تفاعلات الترطيب المرتبطة إعداد الأسمنت، علاوة على ذلك، يمكن تقليل متطلبات المواد بشكل كبير وبالتالي توفير الموارد الطبيعية سريعة النضوب ومتطلبات الطاقة لتصنيع الأسمنت وتقليل العواقب البيئية السلبية المرتبطة بها.
