کارشناس رسمی دادگستری -رشته راه وساختمان

مقدمه
مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضحامت) زیر 100nm باشد تعریف شده اند، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی، در یک تقسیم‌بندی عمومی، محصولات نانومواد را می توان به صورت‌های زیر بیان کرد:
فیلم‌های نانو لایه (Nano Layer Thin Films) ) برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی، نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی و نانو ذرات به عنوان پیش سازنده(precursor ) یا اصلاح ساز(Modifier ) پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی. منظور از یک ساختار (Nanostructured Solid ) یا واضح تر یک بدنه نانوساختار جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد.
خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرم‌های متعددی که وجود دارند از جمله ذرات، الیاف، گلوله و...)در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی‌ای اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می‌باشد.
هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا می باشد، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره به شمار آورد. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به مواد معمولی می‌باشد به گونه‌ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.
1- مواد نانو کامپوزیت
مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سال‌های 70 معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.
هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن صورت گرفته است، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می‌باشد. در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک‌ نوید می دهد، زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد. از جمله می‌توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیرا الیاف تجاری نانو آلومینا را تولید کرده است و ذرات نانویی غیر فلز مانند: نانوسیلیکا، نانو زیرگونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها.
2- بتن با عملکرد بالا
یکی از چالش‌هایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.
بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها اهمیت دارد.روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می‌باشد. در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می‌باشد، از جمله می‌توان به خاصیت الکترو مغناطیسی و قابلیت بکار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان‌ها و ... را نام برد.
3- نانو سیلیس آمورف
در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.
محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می‌باشد که دارای قطری در حدود0.1 تا 1 میلیمتر بوده و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می‌باشد. می‌توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که برای افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می‌شود.
محصولات نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای گوله‌ای شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می‌باشند، که مایع آن معمول‌ترین نوع محلول نانوسیلیس می باشد، این نوع محلول آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم ([2] SCC ) به کار گرفته شده است. نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند:
خاصیت ضد سایش
ضد لغزش
ضد حریق
ضد انعکاس سطوح
آزمایشات نشان داده‌اند که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا سریع‌تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica )در بخش اصلاح مواد ریولوژی، کارپذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است. آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100nm می‌باشد.
4- نانو لوله‌ها (NANOTUBES)
همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولا الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکاربرده می شوند. امروزه از الیاف فلزی، شیشه‌ای، پلی پرویلین، کربن و ... در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله‌ کربنی (Carbon Nan otubes )انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج برای مسلح کردن بوسیله نانولوله ها استفاده کرد.
نانو لوله کربنی توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوآنتم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند. کربن 60 و نانو لوله‌های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی‌تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت‌ها بکار برده می شوند.
نانو لوله‌ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می‌باشند و نیز نانو لوله‌ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهد، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها 1000برابر مس است.
نانو لوله‌ها طبقه جدیدی از محصولات می‌باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد نانو کامپوزیت‌های چند منظوره بوجود آورده اند ومی‌توانند به عنوان نانو لوله‌های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین نانو لوله‌های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مسالح ساختمانی با عمکرد بالای چند منظوره، بازی می‌کنند.
5- نتیجه‌گیری
منظور از مقاله ارائه شده نشان دادن مصالح جدید ساختمانی و بیان مزایای استفاده از این نوع مواد در صنعت ساختمان می باشد، البته به دلیل نو بودن این نوع مصالح زمینه‌های فراوانی برای کارهای نظری و عملی در دانشگاه های کشور می باشد با معرفی مصالح و ساختار نانو راه برای گام‌های بلندتر در این زمینه باز خواهد شد.




بتن شیمی تولید افزودنی های بتن و سایر مواد شیمیایی ساختمان
بتن شیمی تولید کننده افزودنی های بتن و سایر مواد شیمیایی ساختمان
شرکت بتُن شیمی با هدف یاری و پشتیبانی از مهندسین و متخصصان صنعت ساختمان کشور از طریق افزودنیهای بتن و سایر فرآورده¬های مورد مصرف در سال 1357 به شماره 36696 در سازمان ثبت شرکتها ثبت و تأسیس گردیده است .
تولیدات شرکت در برگیرندة مواد افزودنی بتُن و فرآورده¬های مصرفی در داخل و خارج ساختمانها و سازه¬های صنعتی می¬باشد . در حال حاضر محصولات شرکت افزون بر 60 فرآوردة مختلف شیمیائی ساختمان بوده و کار تحقیق و توسعه برای فرآورده¬های جدید همچنان ادامه دارد . ساختار سازمانی شرکت به گونه¬ای است که نیروهای متخصص و کارشناسان آن افزون بر 38% هرم سازمانی را تشکیل داده¬اند .
عمدة محصولات شرکت بتُن شیمی به ویژه افزودنیهای مصرفی در بتن با توجه به استانداردهای DIN, ASTM و استاندارد ملی 2930 ایران تولید و کنترل می¬شوند و در مقایسه با محصولات مشابه داخلی و خارجی از کیفیت قابل رقابتی برخوردارند. علاوه بر آن توانمندیهای فنی لازم برای تولید محصولات مطابق با نیازمندیهای مشتریان برای مصارف کاملاً خاص و غیر معمول فراهم گردیده است . نمایندگیهای فروش و توزیع محصولات شرکت در استانهای مختلف موظفند نظرات و نیازمندیهای بازار را شناسائی کرده و شرکت را در اجابت تام و تمام آنها پشتیبانی نمایند . محصولات شرکت به علت کیفیت مطلوبشان در بسیاری از پروژه¬های زیر بنائی و صنعتی کشور نظیر نفت ، گاز ، پتروشیمی ، نیروگاه¬ها ، پلها ، تونلها ، سدها ، کانالهای آبیاری و دیگر طرحهای عمرانی و ملی مورد مصرف قرار گرفته و رضایت متخصصان را تأمین نموده¬اند .
با تلاش و پشتکار مدیریت شرکت ، مرکز تحقیقات بتن شیمی با هدف حضور در عرصة گستردة پروژه¬های زیر بنائی کشور ، در سال 1373 با اخذ مجوزهای رسمی تأسیس شد . فعالیتهای گسترده این مرکز در زمینة پژوهشهای کاربردی ، خدمات مشاوره¬ای و آزمایشگاهی و انتشار مقالات آموزشی متمرکز شده است .
وزارت صنایع برای فعالیتهای تحقیقاتی پژوهش شایسته شناخته شده و در اردیبهشت ماه 1376 پروانة تأسیس واحد تحقیق و توسعه (R&D) به شماره ثبت 81445 به این شرکت اعطا گردیده است
شر کت بتُن شیمی با بیش از 60 نوع فراورد ه شیمیایی پاسخگوی اکثر نیاز های شما در این ارتباط می باشد. انواع افزودنی های بتُن ،گروت ها، مواد ویژه در عملیات بتُنی، ترمیم کننده ها، تراز کننده ها، رنگ ها، پرایمرها، نماسازها، آب بندها، چسب ها، ماده بند کشی و درزبند ی، کف پوش ها، رنگ های ضد آتش

تبلور دانه های فلزی
در فرایندهای تغییر شکل فلزات در دمای معمولی محیط تا دماهای کمتر از نصف دمای ذوب فلز، با ازدیاد تغییر شکل، چگالی نابجاییها افزایش می یابد.
در فرایندهای تغییر شکل فلزات در دمای معمولی محیط تا دماهای کمتر از نصف دمای ذوب فلز، با ازدیاد تغییر شکل، چگالی نابجاییها افزایش می یابد. اما با تجمع نابجاییها پشت موانعی از قبیل ناخالصیها و مرزدانه ها و همچنین تلاقی آنها ، از تحرک نابجائیها کاسته می شود و در نتیجه استحکام و حد تسلیم افزایش و انعطاف پذیری کاهش می یابد. انرژی داخلی فلز تغییر شکل سرد یافته بیشتر از فلز تغییر شکل نیافته است. ساختار شبکه نابجایی حاصل از فلز تغییر شکل یافته از لحاظ مکانیکی پایدار اما از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدار است. پدیده کار سختی و یا کرنش سختی که در حین تغییر شکل سرد رخ می دهد، می تواند از طریق انجام پدیده متقابلی به نام پدیده نرم شدن (softening) که با تغییر آرایش و چگالی نابجایی همراه است، جبران شود. بنابراین می توان با حرارت دادن نمونه تغییر شکل سرد یافته و افزایش دما، آن را از حالت پایداری مکانیکی خارج و شرایط را برای انجام پدیده نرم شدن فراهم آورد. در اینجا پدیده های مهمی که منجر به نرم شدن فلز تغییر شکل یافته می شوند، بازیابی و تبلور مجدد هستند. بازیابی در فلزات با stacking fault energy یا S.F.E بالا مثل آلیاژهای آلومینیم، راحت تر رخ می دهد و شامل نفوذ اتمها و جای خالی، و صعود و حرکت نابجاییها است که منجر به آرایش خاصی در موقعیت نابجاییها می شود؛ به گونه ای که ساختار حاصل شبکه چند ضلعی با مرز دانه های فرعی یا مرز های با زوایه کم را می سازد.
در مقابل تبلور مجدد یا recrystallization در فلزات با شبکه F.C.C که S.F.E پایینی دارند (مثل مس ) اتفاق می افتد. تشکیل دانه های هم محور جدید در مرحله گرم کردن، بجای ساختمان فلز تغییر شکل یافته، تبلور مجدد نامیده می شود. در فلزی مانند مس بازیابی نقصهای نقطه ای در دمای محیط انجام می شود برای مشاهده آن می توان مقاومت الکتریکی مس نورد شده را در دمای محیط و دمایی حدود -۵ درجه سانتیگراد با هم مقایسه کرد.
تبلور مجدد عبارتست از جایگزینی ساختار کار سرد شده با دسته جدیدی از دانه های فاقد کرنش. این پدیده با کاهش سختی و استحکام و افزایش نرمی اثبات می شود. چگالی نابجاییها در این پدیده به شدت کم شده و آثار کارسختی حذف می گردد.
فرایند تبلور مجدد شامل جوانه زنی یک ناحیه فاقد کرنش است که مرز آن می تواند زمینه دارای کرنش را ضمن حرکت به درون ماده فاقد کرنش دگرگون کند. با رشد مرز از جوانه ها، نابجاییها یکدیگر را خنثی کرده و حذف می شوند.
در حدود ۲ الی ۳ درصد کرنش، دانسیته نابجاییها در داخل دانه و مرز دانه یکسان است و نشانه توزیع یکنواخت کرنش در ساختار است. اما در اثر تغییر شکل زیاد، دانسیته نابجاییها در مرز دانه بیشتر شده و توزیع کرنش در ساختار ناهمگن تر می شود، در این حالت دو برابر انرژی مرز دانه انرژی ذخیره شده خواهیم داشت.
▪ عوامل موثر بر تبلور مجدد عبارتند از:
۱) میزان تغییر شکل یا کرنش اعمالی،
۲) درجه حرارت،
۳) مدت زمان نگهداشتن در دمای تبلور مجدد،
۴) اندازه دانه اولیه،
۵) آنالیز شیمیایی فلز،
۶) میزان بازیابی قبل از شروع تبلور مجدد.
▪ توجه به نکات زیر در پدیده recrystallization ضروری بنظر می رسد:
ـ تبلور مجدد فقط در صورتی می تواند انجام گیرد که مقدار حداقل تغییر شکل معینی انجام گرفته باشد.
ـ هر چقدر میزان این تغییر شکل بیشتر باشد، دمای پایین تری برای تبلور مجدد مورد نیاز است و دانه تبلور یافته نیز کوچکتر خواهد شد.
ـ با کاهش دمای تبلور مجدد مدت زمان حرارت دادن طولانی تر می شود.
ـ اندازه نهایی دانه های تبلور مجدد یافته به میزان کرنش اعمالی و دمای تبلور مجدد بستگی دارد؛
ـ هر چقدر اندازه دانه های اولیه کوچکتر باشد، میزان تغییر شکل مورد نیاز برای یک دمای تبلور مجدد معین کوچکتر است.
ـ دمای تبلور مجدد با افزایش میزان خلوص فلز کاهش می یابد.
ـ اگر دانه های جدید فاقد کرنش در دمایی بیشتر از دمای لازم برای تبلور مجدد حرارت داده شوند، اندازه دانه بسیار زیاد خواهد شد.
ـ دمای تبلور مجدد یک دمای ثابتی نیست و به عوامل فوق بستگی دارد، اما در کارهای عملی دمای تبلور مجدد، دمایی تعریف می شود که در آن: تبلور مجدد آلیاژی که تغییر شکل سرد یافته (به مقدار زیاد) در مدت یک ساعت بطور کامل انجام گیرد.
تبلور مجدد را می توان برای فلزات خالص صنعتی به کمک رابطه T > (۰.۴-۰.۵) Tm بصورت تقریبی تخمین زد. البته برای مسی که ۲-۳ درصد کرنش داشته باشد، دمای تبلور مجدد ۰/۵Tm یعنی حدوداً ۴۰۰ درجه سانتیگراد قابل تصور است اما با افزایش میزان تغییر شکل و مثلاً برای ۹۰ درصد تغییر شکل، دمای تبلور مجدد کاهش یافته و به سمت ۲۰۰ درجه سانتیگراد میل می کند.
سینتیک تبلور مجدد: با افزایش دما، افزایش میزان کرنش، و کاهش اندازه دانه، سرعت پدیده تبلور مجدد بیشتر می شود.
نکته دیگر آنکه ریزساختار تبلور مجدد یافته در حالت تعادل ترمودینامیکی نیست. از این رو با طولانی تر شدن زمان حرارت دهی دانه های کریستالی به رشد خود ادامه می دهند. نیرو محرکه رشد دانه ها، انرژی مرز دانه (کاهش انرژی آزاد) حاصل از کاهش سطح خارجی مرزدانه ها در واحد حجم نسبت به افزایش اندازه دانه است. مرحله رشد دانه به شدت به درجه حرارت بستگی دارد. تبلور مجدد ثانویه نیز در مرحله رشد دانه، شناسایی شده است: در تبلور مجدد ثانویه فقط تعدادی از دانه ها بطور ترجیحی رشد می کنند، بطوری که در حین تبلور مجدد ثانویه دانه های بزرگتر در کنار دانه های نسبتاً کوچک تبلور مجدد اولیه شکل می گیرند.
در فرایند recrystallization فلزاتی چون مس و آهن و آلومینیم، گاهی کریستالهای جدید در موقعیتهای مرتبی که تعیین شده است رشد می کنند، و بافت یا texture تبلور مجدد می سازند. این texture اغلب با texture تغییر شکل فرق دارد اما در بعضی موارد ممکن است این دو یکسان باشند.
اگر ورق مس را پس از نوردکاری سرد تا کاهش مقطع ۸۰ درصد یا بیشتر، آنیل کنند، بافتی مکعبی تشکیل می دهد که در آن امتدادهای با امتدادهای نوردکاری، پهنا و ضخامت ورق همراستا می باشد در تحقیقی که با همکاری آژانس بین المللی انرژی اتمی و مرکز بین المللی فیزیک تئوری در سال ۱۹۸۷ در مراکز دانشگاهی مصر انجام گرفت، توان اورامی بعنوان پارامتری مستقل از دما در تبلور مجدد مس خالص (حین فرایند آنیل ایزوترمال و ایزوکرونال به معنی همدما و همزمان) مورد بررسی قرار گرفت . در این تحقیق مشاهده شد که جوانه زنی مس خالص در دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد آغاز می شود؛ توان اورامی مستقل از دما و برابر ۱ بدست آمد؛ ضریب ثابت K در معادله اورامی وابسته به دما بوده و با افزایش دما زیاد می شود، این مقدار برای دماهای ۳۰۰ و ۳۵۰ درجه سانتیگراد به ترتیب ۰۰۰۲/۰ و ۰۰۰۷۵/۰ گزارش شده است؛ در تحقیق دیگری که توسط Kazeminazhad & Karimi Taheri انجام شده است، سیمهای مسی (مس خالص ۹۹ درصد) نورد تخت (بعنوان یک فرایند تغییر شکل ناهمگن) و سپس آنیل شده ، و تبلور مجدد و توزیع اندازه دانه در نمونه های نهایی مورد بررسی قرار گرفته است. انرژی ذخیره شده در نمونه ها بعد از نورد تخت از سطح به مرکز افزایش می یابد، همچنین کرنش موثر ماکزیمم و مینیمم به ترتیب در مرکز و سطح نمونه ها بدست می آیند، این نشانه عدم یکنواختی در توزیع کرنش و انرژی ذخیره شده بعد از نورد تخت در ماده مورد نظر است و می تواند باعث عدم یکنواختی ساختار بعد از آنیل هم بشود. به دلیل دانسیته بالای جوانه ها در مناطق با انرژی ذخیره شده بیشتر، بعد از فرایند آنیل و وقوع پدیده تبلور مجدد، اندازه دانه ها نیز از سطح به مغز نمونه ریزتر می شوند.
Christian ، توان اورامی (Avrami Exponent) را برای جوانه زنی از سایتهای اشباع در مس و در همه بازه های دمایی عدد ۳ و با آنالیز دو بعدی تغییر شکل همگن عدد ۲ گزارش کرده است. اما در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، و رسم نمودار تغییرات کسر تبلور یافته بر حسب زمان، توان اورامی (شیب نمودار) ۱ بدست آمد که در سازگاری با عدد گزارش شده از Rollett et al. برای تغییر شکل ناهمگن فلزات می باشد. دلیل توان اورامی کوچکتر در تغییر شکلهای ناهمگن به دلیل تبدیل تبلور مجدد سریع به تبلور مجدد با سرعت کمتر می باشد. نمودار تغییرات کسر تبلور یافته بر حسب زمان به شکل S ناقص است که این امر می تواند به دلیل شیب کم ابتدای تبلور مجدد باشد.
به دلیل آنکه سینتیک رشد دانه در دانه های ریز بیشتر از دانه های درشت است، با افزایش زمان آنیل و رشد دانه، تفاوت بین اندازه دانه ها در مناطق مختلف کمتر می شود.
اما در تحقیق دیگری که بر روی آلیاژ ۵۰۸۳ آلومینیم انجام شده است، کاملاً عکس مشاهدات فوق گزارش شده است: تمرکز بیشتر انرژی ذخیره شده در سطح نمونه های نورد شده، به دلیل وجود اصطکاک و کرنشهای برشی در سطح تماس نمونه با غلطک و به دنبال آن اندازه دانه ریزتر در سطح نمونه ها .
در پایان این نکته را بار دیگر متذکر می شویم که کنترل فرایندهایی چون تبلور مجدد می تواند متخصصان شکلدهی فلزات را در بدست آوردن خواص مطلوب بعد از کار گرم یاری رساند