الاسم: روان حسن فايز أبو حجر

الأستاذ المشرف: م. عدنان عبد الهادي

تقنية النانو هي علم الهندسة الذي يتعامل مع الجسيمات التي يقل حجمها عن 100 نانومتر. إنها دراسة لمعالجة المواد على نطاق الجزيئية والذرية. في السنوات الأخيرة، أظهرت تكنولوجيا النانو إمكاناتها في مجال الطب الحيوي، والإلكترونيات، والروبوتات.

في الهندسة المدنية والبناء، يتم تطبيق تقنية النانو في

1- الخرسانة لتقليل العزل في الخرسانة المضغوطة ذاتيا.
2- استخدام أجهزة استشعار النانو في البناء لمعرفة خصائص العمر المبكر للخرسانة مفيد للغاية.
3- استخدامه في نظام تنقية المياه عن طريق استبدال استخدام جزيئات الكربون المحببة في الترشيح مع أجهزة التنقية.

يستعرض هذا المقال أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا النانو في مجال الهندسة المدنية والبناء، كما تناقش آفاقها المستقبلية. كما يتم التركيز بشكل خاص على التطبيق المستقبلي للتقنية النانوية في مجال الهندسة الجيوتقنية.

تعرف تقنية النانو أنها استخدام جزيئات صغيرة جدًا من المواد إما من تلقاء نفسها أو عن طريق التلاعب بها لإنشاء مواد جديدة واسعة النطاق.

التكنولوجيا النانوية ليست علمًا جديدًا وليست تكنولوجيا جديدة، بل هي امتداد للعلوم والتقنيات. نتج ظهور تقنية النانو في الثمانينات عن تقارب التطورات التجريبية مثل اختراع مجهر المسح النفقي في عام 1981م واكتشاف الفوليرين في عام 1985م، مع توضيح وتعميم إطار عمل مفاهيمي لأهداف التكنولوجيا النانوية التي تبدأ بـ 1986م عن طريق نشر كتاب محركات الإبداع.

تقنية النانو في البناء

ينطوي استخدام تقنية النانو في البناء على تطوير مفهوم جديد وفهم لترطيب جزيئات الأسمنت واستخدام مكونات بحجم النانو مثل الألومينا والسيليكا والجسيمات النانوية الأخرى. بفضل تقنية النانو، تكون الخرسانة أقوى وأكثر متانة وتوضع بسهولة أكبر، والفولاذ أكثر صرامة، والزجاج ذو تنظيف ذاتي، وتصنع الدهانات لتكون أكثر عزلًا وصدًا للماء.

تقنية النانو والخرسانة

يتم إجراء الكثير من تحليل الخرسانة على مستوى النانو من أجل فهم هيكلها باستخدام التقنيات المختلفة التي وضعت للدراسة على هذا النطاق مثل مجهر القوة الذرية، المسح المجهري للإلكترون.
إن فهم بنية وسلوك الخرسانة على المستوى الأساسي هو استخدام مهم ومناسب للغاية للتقنية النانوية (1).

أحد التطورات التي حققتها دراسة الخرسانة في المقياس النانوي هو أن تعبئة الجسيمات في الخرسانة يمكن تحسينها باستخدام السيليكا النانوية مما يؤدي إلى تكثيف البنية الدقيقة والبنية النانوية مما يؤدي إلى تحسين الخواص الميكانيكية.
بالإضافة إلى أن إضافة النانو سيليكا إلى المواد التي أساسها الأسمنت يمكن أن تتحكم في تدهور تفاعل C-S-H (سيليكات هيدرات الكالسيوم) الأساسي للخرسانة الناتجة عن ترشيح الكالسيوم في الماء وكذلك تغلغل المياه وبالتالي يؤدي إلى تحسينات في المتانة.

تعد الخرسانة ذاتية الضغط ذات ميزة بأنها لا تحتاج إلى اهتزاز من أجل تسويتها، يمثل هذا تقدمًا كبيرًا في الحد من الطاقة اللازمة لبناء الهياكل الخرسانية وبالتالي فهو يمثل قضية استدامة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تقدم الخرسانة ذاتية الضغط فوائد تصل إلى 50% من تكاليف العمالة، بسبب سكبها بنسبة أسرع تصل إلى 80% وبالتالي تقليل التآكل على القوالب.
تتصرف المادة مثل السوائل السميكة ويمكن تحقيقها باستخدام الكربوكسيل وهو مادة شبيهة بالبلاستيك المطورة باستخدام تقنية النانو (2).

تكنولوجيا النانو والفولاذ

يمثل الإجهاد مشكلة هامة يمكن أن تؤدي إلى حدوث عطل هيكلي عندما يتعرض الفولاذ للتحميل الدوري، كما هو الحال في الجسور أو في الأبراج. يمكن أن يحدث هذا عند حدوث إجهاد أقل بكثير من إجهاد الفشل للمادة ويؤدي إلى تقصير كبير في العمر الإنتاجي للهيكل.
أظهرت الأبحاث أن إضافة الجسيمات النانوية النحاسية يقلل من التفاوت السطحي للفولاذ مما يحد من مقدار الإجهاد.
أظهرت الأبحاث التي أجريت على جسيمات الفاناديوم والجزيئات الموليبدينوم أنها تعمل على تحسين مشاكل الكسر المتأخرة المرتبطة بالمسامير عالية القوة. هذا هو نتيجة للجزيئات النانوية التي تقلل من آثار تقصف الهيدروجين وتحسين البنية الدقيقة للفولاذ (3).

المصادر والمراجع

(researchgate website)

1. Zhu W., Bartos P.J.M. and Porro A. (2004). Application of nanotechnology in construction Summary of a state-of-the-art report, RILEM TC 197-NCM: ‘Nanotechnology in construction materials’ 37, 649-658.

2. Balaguru, P. N. (2005), Nanotechnology and Concrete: Background, Opportunities and Challenges. In Proceedings of the International Conference-Application of Technology in Concrete Design, Scotland, UK, p.113-122.2.

3. NSTR (2005). Nippon Steel Technical Report No.91 January 2005