مقدمه: یک مرز جدید در مهندسی راه

باند فرودگاه بارهای مکانیکی شدید، دوچرخه سواری حرارتی، نشت سوخت و سایش آب و هوا را تحمل می کند، در حالی که مواد پیاده رو سنتی، در حالی که قابل اعتماد، محدودیت های صورت در طول عمر و عملکرد نانو فناوری - دستکاری مواد در مقیاس اتمی - از یک تغییر پارادایم در برنامه های کاربردی فعلی و گسترش نانو مهندسی شده، مهندسان بتونی می توانند سطوحی را ایجاد کنند که قوی تر، انعطاف پذیر تر، و به طور ذاتی مورد بررسی قرار گرفته اند که باعث تخریب مکانیسم های فعلی مهندسی و توسعه فن آوری، و توسعه این مواد، و توسعه پایدار، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری، و توسعه عملکرد، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری، و تجهیزات بالقوه، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری، و توسعه فن آوری های فعلی، و توسعه فن آوری دقیق، و توسعه فن آوری های بالقوه، و توسعه فن آوری دقیق، و توسعه دادن عملکرد، و توسعه فن آوری های فعلی، و توسعه دادن، و توسعه فن آوری های فعلی، و توسعه فن آوری های کاربردی، و توسعه فن آوری دقیق، و توسعه فن آوری باند، و توسعه فن آوری های فعلی، و توسعه فن آوری دقیق، و توسعه فن آوری دقیق، و

درک فناوری نانو در مواد ساختمانی

فناوری نانو با ذرات بین 1 تا 100 نانومتر کار می کند، در این مقیاس، خواص مادی مانند سطح، واکنش شیمیایی و قدرت مکانیکی به طور چشمگیری تغییر می کند.یک ذره نانو اندازه سیلیس یا خاک رس، به عنوان مثال، نسبت سطح به حجم بسیار بیشتری نسبت به همتای عمده آن، اتصال قوی تر با ماتریس اطراف در مهندسی پیاده رو، این ترجمه به تقویت میکرو و افزایش نفوذ و رطوبت.

مواد رایج نانو در Runway paements استفاده می شود

چندین نانو مواد قول خاص را نشان داده اند:

  • Nano-silica (SiO2): pozzolan بسیار واکنشی که خالی میکروسکوپی را در بتن پر می کند، افزایش قدرت فشرده و کاهش بهره وری.
  • Nano-clay (مونوملونیت): ذرات مانند صفحه که اتصال آسفالت را تقویت می کنند، افزایش سفت و مقاومت در برابر سرریزی در دمای بالا.
  • نانولوله های نانو کربن (CNTs): ساختارهای کربن با قدرت کششی استثنایی، هنگامی که در آسفالت پراکنده می شوند، میکروک ها را پل می کنند و خرابی خستگی را به تاخیر می اندازند.
  • اکسید Graphene؛ یک ورق کربن تک اتم که باعث افزایش چسبندگی بین جمع و اتصال می شود، در حالی که ارائه خواص خود روانکاری برای تنظیم مقاومت اسکی.
  • دی اکسید تیتانیوم (TiO2): نانوذرات فتوکاتاتیک که آلاینده های آلی را تجزیه می کنند و دمای سطح را با بازتاب تابش مادون قرمز کاهش می دهند.

قابلیت دانلود بازی Runway Durability از طریق Nanomodification

پیاده روهای راه در درجه اول از طریق شکستن خستگی، تکان دادن و آسیب رطوبت شکست می خورند. نانومواد هر حالت شکست را در سطح مولکولی قرار می دهند.

مقاومت در برابر و خستگی زندگی

در آسفالت داغ مخلوط، اصلاح کنندگان معمولی پلیمر انعطاف پذیری را بهبود می بخشند، اما در معرض UV قرار می گیرند. نانو-silica و نانولوله های کربنی یک شبکه تقویت سه بعدی ایجاد می کنند. مطالعه ای با استفاده از (FLT:0Concing and Building Materials (2020) دریافت که اضافه کردن 3٪ نانو-silica با وزن Bitum باعث افزایش خستگی زندگی از تاخیر در انرژی های مکرر برای جلوگیری از بارگیری آن ها در برابر ذرات نانو.

مقاومت در برابر آب و محافظت از یخ

نفوذ رطوبت علت اصلی تخلیه است - جایی که اتصال آسفالت از مجموع جدا می شود. هیدروفوبیک نانوپوشان اعمال شده برای جمع کردن سطوح یا مخلوط به آب دفع کننده در سطح مولکولی. ذرات نانو-کولی با نسبت بالا خود، ایجاد مسیرهای بی نظیر برای مولکول های آب، به طور چشمگیری کاهش قابل توجهی در باند بتنی، نانو-سیلیکا واکنش با جذب کلسیم اضافی (H) به شکل آب اضافی (H)

مقاومت در برابر سایش و Abrasion

اصطکاک لاستیک هواپیما، انفجار جت و باند به تدریج سطح را از بین می برد. نانوذرات مانند گرافن اکسید سختی سطح را بدون ساخت رد پا پیاده رو، کارآزمایی های میدانی در یک فرودگاه منطقه ای اروپا با استفاده از یک لایه آسفالت گرافن-ننسد شده نشان داد که کاهش 35٪ در raveling (از دست دادن کل) پس از دو سال در مقایسه با یک بخش کنترل، به حداقل رساندن اثر لاستیک های طولانی تر، کاهش یافته است.

افزایش عملکرد Beyond Durability

فناوری نانو فقط زندگی را گسترش نمی دهد؛ عملکرد عملکردی باندها را به روش های قابل اندازه گیری که بر ایمنی و هزینه های عملیاتی تأثیر می گذارد، بهبود می بخشد.

مقاومت در برابر و مدیریت فریسی

مقاومت در برابر Skid برای کنترل ترمز و جهت گیری، به ویژه در باندهای مرطوب، بافت های سطح نانوساختاریافته را می توان در مقیاس میکرون مهندسی کرد تا تعادل بین ماکرومپوی (drainage) و میکرو متن (به عنوان مثال، اسپری بر نانوپوش حاوی نانوذرات سرامیک ایجاد یک سطح سخت، خشن است که باعث بهبود ضریب اصطکاک توسط 15:2 و یا کاهش مصرف سریع آب می شود.

مقررات دما و جزیره گرمایی

Runways جذب تابش خورشیدی و می تواند دمای سطح بالای 60 درجه سانتیگراد (140°F) در تابستان، منجر به شکستن حرارتی و افزایش تخریب لاستیک. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم فتوکاتاتیک منعکس کننده نور مادون قرمز نزدیک، کاهش دمای سطح اوج توسط 5 & #8211؛ 10 درجه سانتیگراد این نه تنها کاهش استرس حرارتی، بلکه کاهش اثر گرمای شهری اطراف فاز گرما، علاوه بر این، باعث جذب دمای شب و نوسان در ساختار شب می شود.

مقاومت در برابر حمله شیمیایی

نشت سوخت، مایعات زدایی و روغن های هیدرولیک به اتصال کننده های آسفالت شیمیایی حمله شیمیایی، نرم کردن آنها و منجر به raveling. Nanocoatings ایجاد یک مانع که مقاومت در برابر تست های نفوذ حلال توسط هواساز مهندسی و فناوری اتصال هوا و هوا (2016) نشان داد که نانو-silica- ⁇ ers تنها 10٪ از مقاومت مشترک در برابر سوخت شیمیایی غیر قابل لمس، در مقایسه با 72٪ سوخت است.

روش های کاربردی و ملاحظات عملی

ادغام نانومواد در ساخت باند نیاز به کنترل دقیق برای اطمینان از پراکندگی یکنواخت بدون کم حجم (clumping) دارد سه روش اولیه استفاده می شود:

  • ترکیب مستقیم: نانوذرات نانو به ریزمیوم یا سیمان در هنگام مخلوط کردن اضافه می شوند، این ساده ترین روش است اما نیاز به مخلوط کردن با تمرین بالا برای جلوگیری از خوشه ها دارد.
  • Nanocoating: یک تعلیق مایع از نانوذرات بر روی سطح تازه یا درمان شده اسپری می شود، پوشش معمولا 0.5-2 میلی متر ضخامت و مهر سطح در برابر رطوبت و UV.
  • Nano- ⁇ مجموع: جمع آوری Coarse با نانو ذرات قبل پوشش داده شده است تا پیوند را با اتصال دهنده بهبود بخشد، این روش باعث افزایش منطقه انتقال بین المللی در بتن می شود.

هر روش دارای معاملات در هزینه، دوام و سهولت برنامه است.برای توانبخشی باند، نانوپوشان اسپری ارائه می دهد ارتقاء ارزان قیمت است که می تواند در طول عملیات های دوره ای بدون نیاز به بازسازی کامل استفاده شود.

مطالعات موردی و پروژه های خلبان

فرودگاه بین المللی دنور (ایالات متحده)

در سال 2019، دنور یک آسفالت گرافن را در بخش تاکسیراه آزمایش کرد، در طول دو سال، بخش نانو- ⁇ نشان داد 25٪ کمتر سرریز و 18٪ کمتر از حد کنترل است.این فرودگاه گزارش داد که افزودنی گرافن فقط 7٪ به هزینه مواد اضافه شده است، اما پیش بینی می شود که گسترش زندگی بیش از حد را تا پنج سال، به طور قابل توجهی کاهش هزینه های چرخه عمر.

فرودگاه چانگی سنگاپور

چانگی یک سیستم تعمیر بتن نانو-سیلیکا را در یک خط باند آزمایش کرد. پچ های نانو ترمیم شده در 24 ساعت به 70 psi قدرت فشرده سازی دست یافتند، در مقایسه با 40 psi برای بتن سریع تنظیم شده، این اجازه بازگشت به خدمات در عرض 48 ساعت به جای هفت روز، یک مزیت حیاتی برای یک هاب شلوغ است.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم وعده، پذیرش گسترده با موانع مواجه است.

  • Cost: نانومواد با خرید بالا همچنان گران هستند. نانولوله های کربنی 100 تا 500 دلار در هر گرم هزینه دارند، اگرچه قیمت ها به عنوان مقیاس های تولید کاهش می یابد.
  • مسائل پراکنده: نانوذرات تمایل به یک گلوماتیک به دلیل نیروهای ون در Waals پراکنده ضعیف ایجاد نقاط ضعف که در واقع می تواند کاهش عملکرد و عملکرد سطح، اضافه کردن پیچیدگی.
  • ] سلامت و ایمنی: استنشاق نانو ذرات هوا خطرات تنفسی را ایجاد می کند. روشهای کاربردی باید شامل کنترل گرد و غبار، حبس یا فرآیندهای مرطوب برای محافظت از کارگران باشد.
  • ] داده های پیری طولانی مدت: پیاده روهای نانو تنها برای چند سال تحت نظارت قرار گرفته اند. پیش بینی عملکرد 20 ساله نیاز به تست های تسریع پیری دارد که ممکن است کاملا شرایط واقعی را تکرار نکنند.
  • قابلیت بازیافت: سطوح Runway در نهایت در پیاده رو های جدید آسیاب و استفاده مجدد می شوند. اثر نانوذرات بر فرایند بازیافت هنوز تحت بررسی است؛ برخی از نانومواد ممکن است مانع از جوان شدن اتصال کننده های قدیمی شوند.

آینده چشم انداز: Smart و Self-Healing Runways

مرز بعدی سیستم های نانومواد فعال است.تحقیقات در حال انجام است در ترمیم خود حاوی میکروکپسول های پر از نانو-تروراتورها، هنگامی که ترک فرم، کپسول ها پاره شده و یک عامل شفا دهنده را آزاد می کند که خواص متصل کننده را بازسازی می کند.یکی دیگر از کار از پلیمرهای شکل با نانوذرات تعبیه شده است که ترک های نزدیک هنگامی که توسط القاء کننده گرم می شوند - از حلقه های القاء فرودگاه.

ادغام با نظارت بر سلامت ساختاری نیز در حال ظهور است. ذرات هدایت کننده مانند CNTs می توانند کل پیاده رو را به یک سنسور تبدیل کنند.با اندازه گیری تغییرات در مقاومت الکتریکی، اپراتورهای می توانند میکروکورها و نفوذ رطوبت را در زیر سطح قبل از اینکه قابل مشاهده شوند، اداره هوانوردی فدرال مطالعات امکان سنجی در مورد چنین " باند هوشمند" مفاهیم از طریق آن (FLT:0 هوا تحقیقات و توسعه [F:1] را تامین مالی کرده است.

نتیجه گیری

فناوری نانو یک ابزار قدرتمند برای افزایش دوام باند و عملکرد ارائه می دهد.از آسفالت مقاوم در برابر کرک و بتن ضد آب تا تمیز کردن سطوح و تنظیم دما، مزایای ملموس و به طور فزاینده هزینه رقابتی است در حالی که چالش های پراکندگی، هزینه و ایمنی سلامت باقی می ماند، تحقیقات مداوم و استقرار خلبان راه برای پذیرش فرودگاه های گسترده تر است که در حال حاضر نوآوری ها را به دست می آورد، و بار طولانی تر در باند های آینده ساخته شده است.

برای مطالعه بیشتر در نانو مواد در مهندسی پیاده رو، ببینید FHWA & #8217؛ برنامه تحقیقاتی آسفالت و مجله نانو مواد و #8217؛ مسائل ویژه در مورد برنامه های ساخت و ساز.[۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲][۲