나노기술의 영향은 콘크리트 성능에 대한 첨가제

- 연혁

나노 기술은 많은 산업 전반에 걸쳐 실험실을 실용적인 응용 프로그램에 넘어 이동하고 건설은 예외가 아닙니다. 가장 변형 된 개발 중은 나노 기술 첨가제의 사용으로 콘크리트 성능을 향상시킵니다. 이 설계 된 입자는 일반적으로 100 나노 미터보다 작으며 원자 규모에서 시멘트 매트릭스와 상호 작용하며 기존 혼합보다 강력하고 내구성이 뛰어나고 지속 가능한 콘크리트를 생산합니다. 탄력있는 재료의 글로벌 인프라 시대와 수요가 증가함에 따라 나노 보조 엔지니어의 역할을 이해하는 데 필수적입니다.

나노산업은 탄소 배출의 중요한 점유율을 차지하고 있으며, 시멘트 생산에 크게 영향을 미칩니다. 콘크리트 구조물의 효율성과 수명을 개선함으로써 나노공학은 재료 소비량과 유지 보수 빈도를 줄이기 위한 경로를 제공하며 환경 발자국을 낮추는 데 있습니다. 이 기사는 나노-다양성, 성능적 이익, 현재 과제 및 미래 연구 방향의 과학을 조사합니다.

나노 기술 첨가제는 무엇입니까?

나노 기술 첨가제는 나노 스케일에 출현하는 고유의 특성을 악용하기 위해 분자 또는 원자 수준에서 가공 된 재료입니다. 콘크리트에서, 그들은 일반적으로 혼합 중에 미세 분말 또는 콜로이드 서스펜션으로 추가됩니다. 이 입자의 높은 표면 영역-반도 비율은 시멘트 수화 제품으로 강한 화학 반응성 및 물리적 상호 작용을 가능하게합니다.

일반적인 nano-additives는 다음을 포함합니다:

Nano-silica (SiO2): 가장 널리 사용되는 첨가제. 그것은 칼슘 수산화와 반응하여 추가 칼슘 규산염 수 수화물 (C-S-H) 젤을 형성한다.
Nano-titania (TiO2): photocatalytic 속성에 대한 알 수 있습니다. 그것은 유기 오염 물질을 파괴하고 질소 산화물을 감소시킬 수 있으며 콘크리트 자체 세척 및 공기 정화 기능을 제공합니다.
Nano-alumina (Al2O3): 안정 수화 단계의 형성을 촉진하여 초기 강도와 마모 저항을 향상시킵니다.
탄소 나노 튜브 (CNT) 및 그래 핀 산화물 :] 나노 스케일의 응대 효과를 통해 인장 강도와 균열 저항을 향상시킵니다.

이 첨가제는 일반적으로 시멘트의 무게에 의해 0.5 %에서 5 %에 이르기까지 복용량에 통합됩니다. 소량은 기계 및 내구성 특성에 대한 저하 가능한 개선을 일으킬 수 있습니다. 주요 메커니즘은 나노 포스를 다른 제한 강도, 수화 반응 가속화하고 골반과 페이스트 사이의 상호 작용 영역을 강화하는 데 사용됩니다.

성능 향상의 메커니즘

Microstructure의 분류

정규적인 콘크리트는 모체를 약하게 하는 마이크로 크기의 점성을 포함합니다. 예를 들면, 나노 규카 입자는 직경에 있는 대략 10-50 nm입니다. 그들은 더 큰 시멘트 곡물과 C-S-H 장 사이 공간을 채우고, 총 porosity를 감소시킵니다. 이 densification는 물, 염화물 및 공격적인 화학물질을 위해 더 열심히 합니다 관통하고, 직접 내구성을 개량하.

핵 및 가속된 Hydration

나노 입자는 수화 제품에 대한 핵 사이트 역할을합니다. 칼슘 규산염 수화 (C-S-H)는 더 균일하고 조밀한 풀로 이끌어 내고 높은 표면 영역 입자에서 우선적으로 성장합니다. 이것은 빠른 트랙 건설 및 프리 캐스트 작업을 위해 유리한 초기 나이 강도 개발을 가속화합니다.

Rheology의 수정

나노-additives의 높은 표면은 물 수요를 증가 할 수 있지만, 과잉으로 제대로 분산 될 때, 그들은 작업성을 향상시키고 분리를 감소시킵니다. Thixotropic 행동은 종종 관찰되고, 콘크리트는 깎아지르지 않고 뻣뻣한 형태로 펌핑하고 복잡한 formwork를 위해 쉽게 흐르는 것을 의미한다.

자기 치유 및 스마트 기능

나노 티아나와 같은 일부 나노 습득은 UV 빛의 유기 오염 물질을 제거하고 콘크리트 표면을 깨끗하게 유지하고있는 포토 촉촉촉 특성을 가지고 있습니다. 나노 스케일의 캡슐화 치료제와 같은 다른 사람들은 습기를 사용하여 균열을 자동으로 밀봉 할 수 있습니다. 이러한 기능은 서비스 수명을 연장하고 유지 비용을 줄일 수 있습니다.

나노기술 첨가제의 장점

증가된 힘

나노 silica가 최적의 용량으로 사용 될 때 20 ~ 40%의 압축 강도 이득을보고했습니다. 인장 강도는 또한 10 ~ 25%로 향상되며, 골반의 인터페이스에서 더 나은 접합으로 인해 종종 10 ~ 25%로 향상됩니다. 이것은 더 얇은 구조 영역, 더 긴 경간 및 시멘트 함량을 증가시키지 않고 높은 부하 용량을 가능하게합니다.

향상된 내구성

denser 마이크로 구조는 또한, 부식에서 부식을 강화하는 물 흡수 및 침투성, 그리고 부식을 방지하기 위하여 직접 저항을 개량했습니다. denser 마이크로 구조는 또한 물 흡수와 침투성, 부식에서 강화 강철을 보호하는 것을 낮춥니다.

향상된 지속 가능성

나노-additives는 낮은 시멘트 커 링크터 콘텐츠를 유지하거나 성능 향상을 위해 허용하기 때문에 콘크리트의 입방 미터 당 탄소 발자국이 감소합니다. 또한, 지속 가능한 구조는 더 적은 수리 및 교체, 저장 자원 및 embodied 에너지를 필요로합니다. 나노-titania와 같은 일부 나노 물질은 오염 물질을 캡처하고, 도시 공기를 클리너로 기여합니다.

더 나은 작업성 및 표면 품질

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도전과 생각

높은 비용

고순도 나노 입자의 제조 비용은 기존의 혼합과 비교하여 상승합니다. 작은 복용량만 필요하지만, 단위 가격은 마이크로 silica 또는 비행 재보다 10-50 배 더 높을 수 있습니다. 이 제한은 고성능 또는 특수 응용 분야에 널리 채택. 양파 연구는 산업 폐기물 스트림에서 나노 더더를 생산하는 것을 목표로합니다.

건강 및 안전 위험

제조 또는 혼합 시약에 대한 공수 나노 입자의 흡입은 알 수없는 건강 위험을 감수합니다. 그들의 소형은 폐 조직으로 깊은 관통 할 수 있습니다. Proper 처리는 먼지 제어, 환기 및 개인 보호 장비를 필요로합니다. 나노 물질 노출 한계를위한 규제 프레임 워크는 여전히 진화하고 계약자에 대한 책임의 우려를 창출합니다.

분산 및 Agglomeration

나노 입자는 고 표면 에너지로 인해 고래로움을 경향이, 약한 반점을 만들 수있는 걸쇠를 형성. 효과적인 분산은 종종 초음파 치료 또는 특수 화학 계면을 필요로한다. Inconsistent 분산은 가변 성능으로 리드하고 스트레스 집중 장치로 작동하면 강도를 줄일 수 있습니다.

Long-Term 성능 알 수없는

단기 실험실 테스트가 유망하지만, 나노 표준화 콘크리트의 50 ~ 100 년의 성능에 대한 데이터는 여전히 제한됩니다. 질문은 시간이 지남에 따라 나노 입자의 잠재적 인 leaching에 대해 남아 있으며 환경에 미치는 영향을. 가속 테스트 방법은이 간격을 브리지하도록 개발됩니다.

미래 지향과 연구

자기 치유 콘크리트

연구자들은 부수기에 의해 활성화된 치유 대리인을 포함하는 microcapsules 또는 관 네트워크를 embedding. nano 가늠자에, 촉매는 칼슘 탄산염 또는 중합성 충전물의 대형을 가속하기 위하여 추가될 수 있습니다. 이 기술은 매우 더 빈번한 인프라 정비를 만들 수 있었습니다.

스트레인과 손상 감지

탄소 나노 튜브 또는 나노 CHITOsan을 콘크리트로 통합하면 응력의 저항을 변경하는 전기 전도성 네트워크가 생성됩니다. 이것은 외부 센서없이 실시간 구조적 인 건강 모니터링을 가능하게합니다. 이러한 스마트 콘크리트는 눈에 보이는 손상이 생기기 전에 과부하 또는 피로를 경고 할 수 있습니다.

하이브리드 및 멀티 구성 요소 시스템

다른 나노 ‐ additives-for example, nano-silica for strength and nano-titania for poll control-can produce Concrete that meet a multiple performance standards. 최적화 된 synergy between 입자와 전통적인 pozzolans와 그들의 상호 작용 조사의 활성 영역입니다.

표준화 및 코드

나노 기술로 주류가되기 위해 표준화 된 테스트 방법 및 성능 사양이 필요합니다. ] 국가 표준 및 기술 연구소 (NIST)과 ]American Concrete Institute와 같은 조직은 나노 통합 콘크리트의 가이드라인을 개발하고 있습니다. 또한 유럽위원회의 [FLT 데이터베이스:4]nanomaterial 규정을 제공합니다.