کالج معماری

تأثير فناوري نانو بر آسفالتمقدمهدر سال 1870 يک شيميدان بلژيکي با نام دسمت(desmedt) اولين سنگفرش آسفالت واقعي را، که مخلوطي از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نيويورک ايجاد نمود. طراحي دسمدت در بزرگراهي در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداري قرار گرفت. سپس دسمدت خيابان پنسيلوانيا در واشينگتن را آسفالت کرد که سطح اين پرژه 45149 متر مربع بود.يکي از نمايندگان محلي کنگره به دسمدت گفت: "اين کار هرگز عموميت نخواهد يافت." با اين حال، بر اساس تقاضاي رو به‌رشد بازار، پيش‌بيني مي‌‌شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قير معدني به 107 ميليون تن برسد. در اين ميان آسفالت معلق بيشترين رشد را دارد. همچنين به عنوان نشانه‌اي از رشد اين محصولات در آينده، چندي است كه کار بر روي آسفالتي که در موقع خرابي خودش را تعمير کند، آغاز شده است. به کارگيري فناوري نانو در ساخت زيربناهاي مربوط به حمل ونقل، تقريباً معادل با تلاش بشر براي فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است. در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد  در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد. بنابراين صنعت آسفالت-قير به يک تحول نياز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوري نانو را ديده و مزاياي آن را درک نمايند.
دکتر ليوينگستون، فيزيکدان برنامه تحقيقات زيربنايي پيشرفته در اداره کل بزرگراه‌هاي فدرال (fhwa)، مي‌گويد: "آسفالت و سيمان هر دو جزء نانومواد مي‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ايم بفهميم که در اين سطح چه اتفاقي مي‌افتد، اما اين اثرات بر عملکرد مواد تاثير مي‌گذارند."
بنا بر گفته ليوينگستون، يک ماده پليمري ساختاري که مي‌تواند به طور خود به خودي ترک‌ها را اصلاح نمايد، قبلاً توليد شده است. اين پيشرفت قابل ملاحظه با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي کاتاليستي درون يک بستر اپوکسي ايجاد شده است.
يک ترک در حال ايجاد موجب گسستن ميکروکپسول‌هاي موجود شده، در نتيجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصيت مويينگي درون ترک رها مي‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتاليزور موجود، اين عامل شروع به پليمريزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم مي‌چسباند.
اين روش مي‌تواند منجر به توليد آسفالتي شود که ترک‌هاي خود را اصلاح مي‌کند. ليوينگستون مي‌گويد: "هيچ‌کس نمي‌تواند براي رشد اين فناوري زماني را پيش‌بيني کند، اما پيشرفت واقعي در حال انجام است و قابليت‌هاي موجود بسيار هيجان‌آور مي‌باشند."
با اين حال، براي استفاده‌کنندگان فعلي آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، يا نبود تأخير به خاطر تعميرات آسفالت، بسيار دور از دسترس بوده و نگراني‌هاي جدي آنها را برطرف نمي‌سازد.
محيط زيست عامل اصلي تأثيرگذار در فرايند تصميم‌گيري براي پروژه‌هاي بزرگراه در بسياري از کشورها است. مزاياي يک آسفالت متفاوت براي جاده‌ها از ديدگاه زيست‌محيطي و مصرف انرژي، تنها يک بخش
مهم از فرآيند تصميم‌گيري است. ديدگاه‌هاي زيست‌محيطي موجب تسريع پيشرفت‌هاي فني و اجتماعي مي‌شوند. نيازهاي چندگانه حفاظت از محيط زيست شامل: محدود نمودن انتشار گازهاي گلخانه‌اي، مصرف کمتر انرژي، کاهش سر و صداي ترافيک و اطمينان از سلامتي و راحتي در رانندگي، اهدافي هستند که به دليل ايجاد مسئوليت مشترک، مهم‌تر از تمام پيشرفت‌هاي علمي مي‌باشند.
يکي از اين اهداف بستن چرخه مواد يا استفاده صد در صدي از مواد قابل بازيافت در ساخت جاده است. صنعت در اين زمينه تجربه زيادي در مورد استفاده از محصولات فرعي در آسفالت به دست آورده است. مثال‌هايي از مواد زايدي که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شيشه‌دمي، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌هاي شهري، خاکستر موجود در مراکز توليد برق به وسيله زغال، آجر‌هاي خرد شده، پلاستيک حاصل از سيم‌هاي برق قديمي و لاستيک حاصل از تايرهاي کهنه.
با اين حال، استفاده موفقيت‌آميز از اين محصولات وابسته به تحقيقات کامل در زمينه منابع و ويژگي‌هاي آنها بوده و معمولاً در سطح پاييني قابل انجام است. در اين حالت امکان بررسي پيوسته عملکرد آسفالت نيز وجود دارد که خود موضوعي مورد بحث است.
با اين حال، مطابق گفته‌هاي مارك بلشه، مدير آسفالت لاستيک در پروژه آسفالت‌سازي آرام آريزونا، حمايت عمومي - نه تحقيقات علمي- کليد توسعه صنعت توليد آسفالت با استفاده از محصولات فرعي است.
پرژه آريزونا ارزشي معادل 34 ميليون دلار داشته و در همين سال به پايان خواهد رسيد. اين پروژه تقريباً 70 درصد (185 کيلومتر)آزادراه ناحيه فونيكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولاني صداي ناشي از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.
آسفالتِ داراي لاستيک تنها درصد بسيار کم و تقريباً بي‌اهميتي از درآمد صنعت ساختماني را به خود اختصاص مي‌دهد، اما بلشه مي‌گويد که با افزايش رغبت عمومي اين درصد افزايش خواهد يافت.
به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقيقات آسفالت لاستيک (jarrg)، که شامل مجموعه‌اي از توليد‌کنندگان تاير و شرکت‌هاي آسفالت‌سازي مي‌باشد، يک اتصال‌دهنده آسفالت بسيار ويسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تايرهاي کهنه‌اي که به صورت بسيار ريز ساييده شده‌اند، توليد مي‌شود. اين اتصال دهنده
در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته مي‌شود.اين ماده مي‌تواند به عنوان يک ماده الاستيک مابين مواد متراکم ديگر عمل نموده و از اين طريق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام jarrg اقبال عمومي به اين محصول بسيار خوب است.
بلشه مي‌گويد: "افرادي که در صنعت آسفالت لاستيک درگير بوده‌اند، همواره سعي کرده‌اند که آن را به دليل ويژگي‌هاي مهندسي بسيار عالي‌اش به فروش برسانند. امّا بيش از هر چيز اين محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت اين قضيه، استقبال عمومي قرار دارد."
وزارت حمل و نقل آريزونا (adot) سه سال پيش يک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استيشن در ناحيه آريزونا به کار برد. بلشه مي‌گويد كه به محض اتمام آسفالت اين بزرگراه، adot و مسئولين محلي سيل عظيمي از تلفن‌ها و ايميل‌ها را دريافت نمودند که از اشتياق مردم نسبت به اين جاده کم‌صداتر حکايت داشت.
البته همه چيز آسفالت لاستيک کامل نيست. اين مخلوط باعث ايجاد بخار و بو در فرآيند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازيافت بودن آن بحث وجود دارد. اين آسفالت نسبت به آسفالت‌هاي معمول بسيار گران‌تر بوده و آسفالت‌کاراني که تا به حال با اين ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که بايد در يک بازه دمايي معين انجام شود، دچار مشکل باشند.
ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومي درست باشد، اما روي ديگر سکه اين است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عين حال داراي اثرات زيست‌محيطي کمتر، افزايش يافته است. اين امر باعث تمرکز بيشتر تحقيقات بر روي مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.
افزايش عمومي در ميزان حمل و نقل، بار بيشتر بر روي محور، و فشار بيشتر تاير بر روي جاده، تقاضا براي آسفالت‌هاي قوي‌تر وبادوام‌تر را افزايش مي‌دهد. حمل و نقل بيشتر به اين مفهوم نيز مي‌باشد که ايجاد مشکل در حمل و نقل براي تعميرات جاده‌اي مطلوب نيست و اين امر موجب ايجاد تقاضاي بيشتر براي تحقيق و توسعه مؤثر مي‌گردد.
برگرفته از  nano.ir
--------------------------------------------------------نانوسم (nanocem) يك تحقيق جديد شبكه اروپاست كه بر روي مراحل توسعه اصول فني نانو (مقياس يك بيليوني) در مواد سيماني متمركز شده است. بستهاي سيمان پورتلند ، اجزا اوليه فعال بتن هستند كه در بيشتر ساختمانهاي مدرن استفاده مي شوند . ديگر تشكيل دهنده هاي بتن ، آب و مصالح دانه اي ريز و درشت (مانند شن و سنگ) هستند.
بستها از جوش سيمان پورتلند با زمينه كمي از سولفات كلسيم ساخته شده اند و به طور متداول شامل پودرهاي ريز معدني مثل سنگ آهك ، پوزولان (معمولا خاكسترهاي آتش فشاني) ، خاكستر بادي (معمولا از زغال سوخته گياهان پر قدرت) و سرباره دانه اي كوره بلند ، هستند.
چنين گردهمايي به عنوان مواد سيماني تكميلي تلقي مي شوند زيرا آنها براي جايگزين شدن به جاي بيشتر چسب سيمانهاي گران استفاده مي شوند. مواد افزودني شيميايي مانند افزودني ها كاهنده آب ، فوق روان كننده ها (خمير كننده ها) ، كندگير كننده ها ، تند گير كننده هاي بتن و عوامل هوازا مي توانند به بتن در مقدار كم اضافه شوند تا خصلتهاي بتن را براي موارد استفاده خاص تغيير دهند.
 
توضيح درباره نانو :

گر چه سيمان پرتلند در مقدار وسيع در مواد دست ساز بشر بر روي زمين استفاده مي شود اما فهم مكانيزم اصلي ، حاوي خصوصياتش به طور طبيعي باقي مانده است . مراحلي كه در طول 1لحظات نخستين واكنش با آب اتفاق مي افتد ، مي تواند ساختارهاي بزرگ و ريز را تحت تاثير قرار دهد و اجراي طولاني مدت يك ساختار را در پي داشته باشد.
بيشتر واكنشهاي شيميايي كه عملكرد مواد سيماني را كنترل مي كند در مقياس نانو سنج (يك بيليون) اتفاق مي افتد ولي اكثر تحقيقات ، عمليات مهندسي گرفته اند و بر روي مرحله درشت (قابل ديد) متمركز شده اند. فقدان فهم جزييات مولكولي از رشد چشم گير تقريبا جلوگيري كرده و موج ناتواني در پيش بيني وضع آينده شده است. نياز براي آزمايش مكرر خصوصيات در تناسب درشت دانه اي مانع نوآوري و استخراج در scm هايي كه به طور گسترده اي در دسترس قرار دارند ، شده است كه به طور كلي در جا دادن انرژي اندك (جدول سمت راست را ببينيد) و غير سمي مي باشند.
در حال حاضر ، در هر ساختماني كه در آن از مواد سيماني جديد با عملكرد بالا استفاده مي شود ، نياز به تست زمان (طولاني كردن) دارد. با كسب دانش بنيادين ، اين مواد مي توانستند به جاي آزمايش و خطا با طراحي و پايه گذاري بر روي مدلهاي معتبر ، ساخته شوند.
هدايت در مسير صحيح :
در طول اين فعاليت بر روي اين مطلب يعني نانوسم ، 21 انجمن علمي به همراه 12 شريك صنعتي كه 5 شركت بزرگ توليد كننده سيمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 كشور اروپايي گسترش يافت و در طول يك چهارم قرن گذشته انقلابي در تكــــنيكهاي تجربي براي رسيدگي به مواردي مثل تشـــديد طيف بيني مغناطيســــي هستـــــه اي (nmr) و نيروهــاي ميكروسكوپي بوجود آورده اند و به شركاي نانوسم امكان دسترسي به ابزارهاي پيشرفته را داده است.
شركتهاي صنعتي خط شروع مالي براي شبكه ارتباطي فراهم كرده اند و راهنمايي با احترام به پيش بيني علايق بازار فراهم نموده اند. اعضاي انجمن علمي مجبور هستند كه حداقل يكي از پروژه هاي تحقيقاتي مستقل مالي را با شبكه ارتباطي تسهيم كنند و بايد تحقيقاتشان را به روش تعاوني و مكمل توسعه دهند .
كارگاههاي اصلي برگزار مي شوند تا قسمتهاي مهم خالي علمي را پيدا كنند و با ارتباط دادن پروژه هاي تحقيقاتي ، سعي در پر كردنشان نمايند.
اين كميته هدايت كننده شامل 5 نماينده از شركاي صنعتي و 5 نفر از انجمن علمي است . جلسات تجاري دو بار در سال برگزار مي شود . برنامه تحقيقاتي شبكه ارتباطي ، چهار پروژه اصلي و پروژه شريكي در دست اجرا داد كه شامل موارد زير است :
مجموعه هيدرات كه خود متشكل از كربن ، سولفور هيدروژن (c-s-h) مي باشد. در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيب وجهه هيدراتي ممكن نيست در حال حاضر مشخص كردن كمي تركيبي هيدراتي كه از هيدرات يك سيستم سيماني منتج شده است ، ممكن نيست ، مخصوصا زماني كه (scm) هايي مثل خاكستر بادي يا سرباره شامل آنها مي شود. هدف اين پروژه ها تعيين مواد تشكيل دهنده و استحكام تركيب وجهي هيدرات است كه انتظار مـي رود ، در دماي بالاتر از 50 درجه سانتي گراد اتفاق بيفتد. اين تحقيق شامل پروژه هاي دكتراي تخصصي است كه به طور پيوسته توسط دانشگاه هاي ابردين aberdeen بريتانيا ، امپا empa در سوئيس و espcl در فرانسه هدايت مي شود.
ساختار منفذ توسط nmr : اين پروژه اميدوار است تا تنظيم جامعي بر روي هنرهاي غير مخرب ، ابزارهاي تكنيكي غير تهاجمي داشته باشد و آنها را قادر مي سازد ، ساختار منفذ هيدرات سيمانها را در حدي كه در آن منافذ با آب پر مي شوند و قابليت جابجايي آب در مواد اشباع كننده را تحليل كنند. نتيجه كار اجازه خواهد داد كه دوام و عملكرد بتن به طور بهتري پيش بيني شود . دو گروه از گروههاي هدايت كننده در منطقه چرخش پروتني را دانشگاههاي سوري surrey در بريتانيا و پلي تكنيك فرانسه را شامل مي شود.
فعل و انفعالات تركيبات آلب آلومينيم با اكسيد فلز : اين امر يكي از مشكلترين مباحث مربوط به اثر سيمان و فوق روان كننده (خمير كننده) در بتن است. براي مثال شتاب فوق خميريازي بر روي فرمهاي غير فعال ( كه صورت تركيب آلي آلومينيم با اكسيد فلز ناميده مي شود) در طول مراحل اوليه تركيب سازي بتن مي باشد.
اين پديده شناخته شده ، منتهي به مصرف مقدار زياد فوق خميرساني در بسياري از بتن ها و بوجود آمدن مشكلات كاربردي جدي ، زماني كه مواد خام يا شرايط تركيب تغيير كرده اند ، مي شود. اين تحقيق توسط سيكا در سوئيس و espc هدايت مي شود.
واكنش پذيري سيستم سيماني : در پروژه دكتــــري تــوسط epfl در سوئيس و dtu در دانمارك و دانشگاه آرهوس aarhus دانمارك و دانشگاه ليدز leeds در بريتانيا در دست تحقيق است كه بر روي توسعه يك روش براي تشخـــــــيص درجه عكس العمل قسمت جوش سيماني و به طور مستقل scm ها در سيمانهاي چسبيده است.

شريك شدن :
پروژه هاي شركتي در محدوده شبكه ارتباطي ماننده تحقيقات در دست اجراي دانشگاههاي bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روي پيوستگي و ساختار c-s-h در مقياس نانو از بنياد تا كاربرد است . براي مثال در موسسه تكنولوژي دنيش danish ، مطالعه اي بر روي مكانيزم زيباشناختي ظاهري بتن بر روي ساختار سرتاسري صورت پذيرفته است.

تحقيق و تعليم :
علاوه بر هسته تحقيقات نانوسم كه بوسيله شركاي صنعتي در حدود 500 هزار يورو در هر سال از لحاظ مالي تامين مي شود ، مركز مالي eu ، 2/3 ميليون يورو براي چهار سال تحقيق و تعليم پروژه (rtn) شبكه ارتباطي تحت برنامه ماري كوري ، برنده شده است.
اين پروژه فهم اساسي مواد سيماني براي بهبود عملكرد زيباشناختي فيزيكي و شيميايي نام نهاده شده و بين 10 پروژه دكتري و 5 پروژه فوق دكتري تقسيم شده است كه هر كدام بين دو يا چند شريك قسمت مي شود. محققان زماني براي هر منطقه شراكتي در طول پروژه صرف مي كنند .
موضوعات به چهار گروه تقسيم مي شود : كاستن قالب سيمان : اين موضوع بع طور اوليه فروسايي سيمان با تاكير بر حملات سولفات رامي پذيرد . نيروي سايش نيز در اين موضوع مد نظر گرفته مي شود . اين كار ساخت مدل كلي عملكرد سيمان را تامين مي كند.
بررسي فيزيكي و مكانيكي عملكرد : اين مقياسهاي طولاني ، بررسيهاي ارتباطي نانو ، ماكرو و ساختــــاري بزرگ براي توسعه ابزارهاي در جهت ارزش گذاري عملكرد مهندسي را احاطه مي كند. اين تحقيق به توسعه اصول تكنيكي و مدلها براي استفاده توسط مهندسين را متحمل مي شود.
مواد سيماني جديد : در اين گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمي و مهندسي بكار گرفته مي شوند تا عملكرد مواد سيماني بر سطح و حجم را بهبود بخشند. اين كاريك رشته نوآوريهاي لازم براي بهبود عملكردي و زيباشناختي در طول افزودن محلي را مي پذيرد.
پروژه هاي متقاطع : اين پروژه ها وروديهاي مهم براي موضوعي كه در بالا اشاره شده است را تامين مي كند . آنها scmهايي را كه به طور افزايشي استفاده مي شوند ، در تركيب با جوش سيمان پورتلند ، در علايق قابل تحمل پوشش داده اند.
دستاوردهاي جاه طلبانه :
شبكه ارتباطي نانو ، خود يك منبع ساختماني جديد ذهني جاه طلبانه تنظيم كرده كه در دستاورد موثري بر تحقيقات اروپايي بر روي مواد سيماني مي باشد.
به طور كلي انجمنهاي علمي كوچك و اغلب مجزا ، طرحهايي براي انجمنهاي سرمايه گــذاري بين المللي مي سازند و در رقابت با ديگر گروههاي مواد علمي و ديسيپلين هاي مهندسين عمران ارزش گذاري مي شوند. اغلب مسائلي ناشناخته قابل توجهي درباره اين كار در ديگر كــشورها اتفاق مي افتد و چنين كارهايي هيچ گاه منتشر نمي شوند. اين امر منتهي به دو برابر شدن تلاشهاي تحقيقاتي و مطالعه زياد پارامتري شده است. جايي كه نتايج فقط براي تركيب خاصي از مطالعه مواد خام در دسترس هستند.
نانوسم تلاش بيشتري را براي روشن كردن پروژه ها و جمع آوري تجربيات همه شركا انجـــــام ميدهد.