Nanotehnologija poboljšava beton? Najbolje djeluje na mehanička svojstva

Proveden je velik broj istraživanja na utjecaju nanotitanijevog dioksida na mehanička i kemijska svojstva betona. Mali postoci cementa su zamijenjeni nanotitanijevim dioksidom prilikom izrade betona, a testiranja su pokazala većinu pozitivnih promjena.

Najveći negativni vanjski utjecaj na beton događa se u pomorskim krajevima. Prisutnost kloridnih i sulfatnih iona narušava trajnost konstrukcija i ubrzava koroziju na ugrađenim armaturama. Kapilarne pore betona međusobno stvaraju mrežu koja olakšava prodiranje nečistoće u beton. Pošto je sama konstrukcija velikih objekata skupa, popravci i rekonstrukcije samo su dodatni troškovi koji opterećuju investitore. U tijeku je razvoj novih generacija materijala na bazi cementa kroz ugradnju pomoćnih cementnih materijala kao što su pucolani i nanomaterijali za ublažavanje degradacije strukture, piše u Građevinaru.

Lošija obradivost, ali brže vrijeme vezanja

Provedeno je nekoliko istraživanja o nanotitanijevom dioksidu (TiO2) i njegovom utjecaju na beton. Naime, otkriveno je da dodavanje 2 posto nanotitanijeva dioksida u beton smanjuje njegovu obradivost. Dodano je postepeno do 2 posto nanotitanijevog dioksida umjesto mase cementa prilikom pravljenja betona. Što se taj postotak zamjene nanotitanijevog dioksida za cement povećavao, smanjivala se obradivost betona.

Drugo istraživanje otkrilo je povećanje momenta graničnog naprezanja betona postepenim dodavanjem nanotitanijevog dioksida. Dodavanjem većeg udjela TiO2 je pokazalo brže završno vrijeme vezanja betona. Dakle, jedan od nedostataka dodavanja TiO2 prilikom pravljenja betona je lošija obradivost. Pozitivne strane su skraćenje vremena početka vezanja mješavine i povećanje momenta graničnog naprezanja betona.

Ubrzava upijanje vode, ali smanjuje kapacitete upijanja

Iz dodatnih istraživanja je utvrđeno kako nanotitanijev dioksid u većini slučajeva značajno smanjuje postotak upijanja vode. No, povremeno ubrzava proces upijanja vode. Smanjenje postotka upijanja vode može se pripisati porculanskom učinku i učinku punila čestica nanotitanijevog dioksida. Najniži postotak upijanja vode je na 0,5 posto ili četiri posto miješanosti TiO2. Pozitivnost količine nanotitanijevog dioksida varira zbog nekoliko dodatnih čimbenika, omjera vode i veziva, količini porculana korištenog umjesto cementa i uvjetima njegovanja.

Smanjuje hrđanje armature

Istraživanja su pokazala da zamjena do pet posto cementa s nanotitanijevim dioksidom smanjuje propusnost betona. To direktno utječe na poroznost armature. Pokazalo se da nanočestice djeluju kao učinkovita punila. Kako su se konglomerati koji sadrže nanočestice širili, prazni prostor oko njih se popunjavao. Zbog prisutnosti ovih ‘jezgri’ nano čestica, brzina hidratacije se značajno povećala. Kao rezultat toga, smanjena poroznost uzrokovana nakupljenom hidratacijom brzo se proširila prema van u pore ispunjene vodom. Završna istraživanja pokazala su da su trajna smanjenja poroznosti najveća pri udjelu od tri posto nanotitanijevog dioksida.

Nanočestice poboljšavaju mehanička svojstva

Dodavanje samo jedan posto nanotitanijevog dioksida masi cementa povećalo je tlačnu čvrstoću betona za čak 36 posto. No, ako se u smjesu dodaje 10 posto nanotitanijevog dioksida, čvrstoća se povećava, ali se nakon mjesec dana krene znatno smanjivati. Dodatno, TiO2 je povećao čvrstoću prilikom savijanja betona u svim ispitanim starostima betona. Povećanje čvrstoće savijanja popelo se do čak 66 posto. Osim čvrstoće, dodavanje nanotitanijevog dioksida povećava vlačne čvrstoće i čvrstoće na savijanje. Vlačna čvrstoća je osnovno mehaničko svojstvo materijala na osnovu kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehaničkoj otpornosti na naprezanje. Najveće vlačne čvrstoće i čvrstoće na savijanje postignute su dodavanjem četiri posto nanotitanijeva dioksida, kada su se čvrstoće povećavale do 30 i 45 posto.

Povećanje čvrstoće uočeno dodavanjem nanotitanijeva dioksida može biti rezultat visoke reaktivnosti nanotitanijeva dioksida, što rezultira brzom potrošnjom kristalnog Ca(OH) 2, koji se brzo stvara tijekom ranih faza hidratacije cementa. Kao rezultat toga, razvijaju se veće količine ubrzane hidratacije cementa i produkata reakcije. Zbog prisutnosti nano čestica, gustoća pakiranja čestica miješanih čestica cementa se obnavlja, što rezultira smanjenjem volumena većih pora u cementnoj pasti i usmjeravanjem stvaranja kompaktnih produkata hidratacije.