متن پیش رو ترجمه مقاله انگلیسی به قلم پروفسور علی مردانی عضو هیت علمی عمران دانشگاه اولوداغ بورسا ترکیه می باشد
خلاصه:
مشخص شده است که گازهای آلاینده ای مانند COx و NOx که در نتیجه صنعتی شدن جهانی در جو منتشر می شوند، باعث آلودگی هوا و تخریب سازه های بتنی می شوند. بتن خود تمیز شونده فناوری است که با استفاده از موادی با خاصیت فتوکاتالیستی تولید می شود و همچنین برای کاهش آلودگی هوا استفاده می شود. گزارش شده است که مواد نیمه هادی مانند TiO2، ZnO، WO3 و CdSe دارای خواص فوتوکاتالیستی هستند و می توان از آنها در فناوری خود تمیز شوندگی استفاده کرد. با این حال، مشخص شد که نانو TiO2 به دلیل هزینه کم، بی اثری شیمیایی و بیولوژیکی، پایداری حرارتی خوب و دسترسی آسان به طور گسترده ای در تولید بتن خود تمیز شونده ترجیح داده می شود. مطالعات مختلفی در نحوه بررسی اثر نانو TiO2 بر خواص فوتوکاتالیستی مخلوطهای بتن خود تمیز شونده یافت شده است.
با این حال، مطالعات محدودی در مورد تأثیر حضور نانو TiO2 در سیستم بر روی خواص حالت تازه و سخت شده مخلوط وجود دارد. در این مقاله، تأثیر استفاده از نانو TiO2 در بتن های خود تمیز شونده بر خواص فوتوکاتالیستی، تازه و سخت شده مخلوط ها به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت. در نتیجه، مشخص شد که ذرات TiO2 در فاز آناتاز، اثر فوتوکاتالیستی غالبتری را نشان میدهند. به طور کلی، گزارش شده است که TiO2 به دلیل سطح ویژه بالای آن، هیدراتاسیون را تسریع می کند، بنابراین بر خواص حالت تازه مخلوط ها تأثیر منفی می گذارد. با این حال، از ادبیات واضح است که نتایج متناقضی در مورد تأثیر آن بر خواص حالت سخت شده وجود دارد. بیان شد که استفاده از TiO2 مکانهای هستهزایی را برای واکنش هیدراتاسیون افزایش میدهد، در نتیجه بر عملکرد استحکام تأثیر مثبت میگذارد. اما توسط محققین مختلف مشخص شد که استفاده از TiO2 تاثیر قابل توجهی بر مقاومت فشاری مخلوط ها نداشته و یا باعث کاهش مقدار مذکور می شود.
معرفی:
سطح سازه های بتنی به مرور زمان به دلیل چسبندگی گازهای آلاینده مانند COx و NOx آلوده می شود (Zouzelka et al., 2017). به منظور حل این مشکل گزارش شده است که از موادی با خاصیت فوتوکالیستی در بتن استفاده می شود.
در این زمینه، استفاده از بتن خود تمیز شونده حاوی مواد فوتوکاتالیستی در سال های اخیر رواج یافته است (چن و همکاران، 2015؛ زایلان و همکاران، 2017). توسط Kula و همکاران گزارش شده است. (2017) که از مواد نیمه هادی مانند دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، اکسید روی (ZnO)، سلنید کادمیوم (CdSe) و اکسید تنگستن (WO3) در بتن های خود تمیز شونده استفاده می شود. در میان این اجزا، مشخص شد که TiO2 به دلیل مزایای مختلفی که ارائه می دهد، به طور گسترده در مخلوط های بتن خود تمیز شونده استفاده می شود. این مزایا را می توان به عنوان هزینه کم، غیر سمی بودن و پایداری حرارتی خوب ذکر کرد (Yuranova et al., 2007; Yasmina et al., 2014). اگرچه واکنش های خودتمیز شوندگی بسیار پیچیده هستند، اما برای شروع این واکنش، عوامل اساسی مانند TiO2، نور خورشید یا اشعه ماوراء بنفش ضعیف (UV)، اکسیژن و آب به دلیل استفاده از TiO2 باید در سیستم وجود داشته باشد که خاصیت فوتوکاتالیستی دارد، خواص خود تمیز شوندگی سطوح بتنی با واکنش های اکسایش و کاهش یا ردوکس در زیر نور خورشید یا اشعه UV فعال می شود
NOx با اکسیداسیون به NO3 تبدیل می شود و آلودگی های معدنی روی سطوح به راحتی با باران تمیز می شوند. همانطور که از شکل بالا مشخص است، توسط محققان مختلف گزارش شده است که در نتیجه واکنش فوتوکاتالیستی، گازهای مضر تجزیه شده و به مولکول های معدنی مانند O2، H2O، CO2 و NO3 تبدیل می شوند (Castro-Hoyos et al., 2022; لیانگ و همکاران، 2019).
اثر استفاده از نانو TiO2 بر خواص فوتوکاتالیستی مخلوطهای بتن خود تمیز شونده به طور کلی بررسی شده است (راسل و همکاران، 2021)، و مطالعات کمی در مورد تأثیر مخلوطها بر خواص حالت تازه و سخت شده وجود دارد. علاوه بر این، مشخص شد که نتایج متناقضی در مطالعات موجود به دست آمده است. در این مطالعه که به منظور رفع کمبود ذکر شده در متون بالا انجام شد، تأثیر استفاده از نانو TiO2 بر خواص تازه و برخی حالت سخت شده مخلوط ها به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت.
اثر استفاده از نانو TIO2 بر ویژگی های حالت تازه مخلوط ها
برای اینکه استفاده از نانو TiO2 در سیستم های سیمانی رواج پیدا کند، لازم است خواص فوتوکاتالیستی آن و همچنین تأثیر آن بر خواص حالت تازه را درک کنیم. در تحقیقی که جوشقانی و همکاران انجام دادند. (2020)، اثر استفاده از 3% و 5% نانو TiO2 وزنی سیمان بر خواص حالت تازه سیستمهای سیمانی مورد بررسی قرار گرفت. نویسندگان گزارش کردند که کارایی مخلوط ها با استفاده از 3% نانو TiO2 بهبود یافته است، اما این ویژگی زمانی که از 5% استفاده شد تحت تاثیر منفی قرار گرفت.تاکید شد که این وضعیت ناشی از افزایش نیاز آبی مخلوط ها با افزایش نانو TiO2 در سیستم است. (2010)، اثر استفاده از 0.5%، 0.1%، 1.5% و 2.0% نانو TiO2 وزنی بر روند حجمی سیستم های سیمانی مورد بررسی قرار گرفت. نویسندگان گزارش کردند که افزودن نانو TiO2 نیاز آبی مخلوط ها را افزایش داده و کارایی را کاهش می دهد.(2016)، گزارش شد که افزودن 3 درصد نانو TiO2 به سیستم های سیمانی، تشکیل و رسوب محصولات هیدراتاسیون در سنین پایین را تسریع می کند. تاکید شد که این وضعیت باعث کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی سیستم های سیمانی می شود. همانطور که از مطالعات موجود در ادبیات فهمیده می شود، گزارش شده است که استفاده از نانو TiO2 بر خواص حالت تازه سیستم های سیمانی تأثیر منفی می گذارد (چن و همکاران، 2012). همچنین بررسی سازگاری نانومواد با مواد افزودنی شیمیایی و سیمان مورد استفاده در مخلوط ضروری است.
اثر استفاده از نانو TIO2 بر ویژگی های حالت سخت شده مخلوط ها
با توسعه فناوری نانو، مطالعات مختلفی در مورد تأثیر نانو مواد بر پاکسازی آب و هوا و بهبود خواص حالت سخت شده بتن انجام شد. در مطالعه ای که توسط Zhang و همکاران (2011) انجام شد، مشخص شد که استفاده از 1% نانو TiO2 باعث افزایش مقاومت فشاری سیستم های سیمانی می شود. توسط محققان تاکید شد که این وضعیت ناشی از دو پارامتر است. این پارامترها به ترتیب عبارتند از; (i) افزایش مقدار Ca(OH)2 کریستالی در دوره اولیه هیدراتاسیون، تشکیل C-S-H را افزایش می دهد و (ii) منافذ بتن را به دلیل ظرافت بالای آن کاهش می دهد. در مطالعه ای که توسط منگ و همکاران (2012) انجام شد، تأثیر نسبت استفاده نانوتیتانیوم بر مقاومت فشاری سیستم های سیمانی مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که استفاده از نانو TiO2 به میزان 5% و 10% مقاومت فشاری مخلوط ملات را به ترتیب 46% و 47% افزایش می دهد. توسط نویسندگان گزارش شده است که این افزایش به دلیل کاهش شاخص جهت گیری برای تابع هسته است، نه افزایش مقدار محصولات هیدراتاسیون. در مطالعه ای که توسط Dikkar و همکاران (2021) انجام شد، مشخص شد که مقاومت فشاری سیستم های سیمانی با استفاده از 0.5% TiO2 افزایش می یابد، در حالی که مشاهده شد که مقاومت فشاری مخلوط ها با کاستن نرخ استفاده 1.5 درصد کاهش می یابد. در مطالعه ای که توسط نوروند و همکاران انجام شد. (2013)، گزارش شد که استفاده از 2% نانو TiO2 تغییر قابل توجهی در مقادیر مقاومت فشاری سیستم های سیمانی ایجاد نکرد. در مطالعه ای که توسط Zhang و همکاران (2015) انجام شد، تأثیر استفاده از نانو TiO2 بر عملکرد انقباض خشک کردن سیستم های سیمانی مورد بررسی قرار گرفت. گزارش شده است که استفاده از نانو TiO2 بر رفتار خشک کردن و انقباض سیستم های سیمانی تأثیر منفی می گذارد. گزارش شده است که این ممکن است به دلیل افزایش انقباض خودزا در اثر استفاده از نانومواد در ترکیب تسریع کننده هیدراتاسیون باشد. در مطالعه ای توسط Duan و همکاران. (2016)، تاکید شد که عملکرد خشک کردن و انقباض نمونه های ژئوپلیمر را می توان با استفاده از نانو TiO2 بهبود بخشید. بیان شد که این ممکن است به دلیل پر کردن منافذ نمونههای ژئوپلیمر توسط ذرات نانو TiO2 و ایجاد ریزساختار متراکمتر باشد. همانطور که از مطالعات فوق مشاهده می شود، مطالعات بیشتری برای روشن شدن اثر استفاده از نانو TiO2 بر برخی از ویژگی های حالت سخت شده سیستم های سیمانی مورد نیاز است. مختصری از مطالعات انجام شده در این زمینه در جدول زیر آورده شده است.
نتیجه گیری:
یافته های زیر در نتیجه این تحقیق به دست آمد که برای تعریف فناوری خود تمیز شوندگی و تعیین تأثیر استفاده از مواد فوتوکاتالیستی بر خواص حالت تازه و سخت شده سیستم های سیمانی مورد استفاده قرار می گیرد.
مشخص شد که مناسب ترین نانو ماده در میان مواد نیمه هادی با خواص فوتوکاتالیستی، TiO2 است.
گزارش شده است که استفاده از Nano-TiO2 به طور کلی هیدراتاسیون را تسریع می کند، زمان گیرش را کاهش می دهد و بر کارایی سیستم های سیمانی تأثیر منفی می گذارد.
مشخص شد که نتایج متناقضی در اثر استفاده از نانو TiO2 بر خواص حالت سخت شده سیستم های سیمانی وجود دارد.