مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تحلیل دستاوردهای نانوتکنولوژی در ارتقای عملکرد مکانیکی و دوام بتن‌های معمولی و سبک

نوع مقاله : علمی مروری

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری،گروه مهندسی عمران، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ایران
2 -استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ایران
3 استادیار،گروه مهندسی عمران، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ایران
4 دانشیار،گروه شیمی، واحد نیشابور،دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور،ایران
10.22065/jsce.2026.607240.4184
چکیده
به‌کارگیری نانومواد در صنعت بتن به عنوان یک راهکار نوین، تحولی بنیادین در بهبود خواص مکانیکی، دوام و پایداری سازه‌ها ایجاد کرده است. پژوهش حاضر مروری بر تأثیر افزودن نانومواد مختلف، از جمله نانوسیلیس، نانوآلومینا، نانومتاکائولین، نانورس، نانوکربنات کلسیم و نانومواد پایه کربنی بر ویژگی‌های فنی بتن می‌پردازد. بررسی مطالعات سال های2015تا 2026 نشان می‌دهد که این مواد با بهره‌گیری از پدیده‌هایی نظیر تسریع واکنش‌های هیدراسیون، ارتقای تشکیل فاز ژل سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H)، کاهش تخلخل موئین و بهینه‌سازی ناحیه انتقال بین‌سطحی (ITZ)، نقشی کلیدی در ارتقای عملکرد بتن معمولی و سبک ایفا می‌کنند. داده‌های گردآوری‌شده بیانگر آن است که به‌کارگیری این افزودنی‌ها می‌تواند مقاومت فشاری را در بازه ۱۲ تا ۵۰ درصد، مقاومت خمشی را بین ۲ تا ۴۰ درصد و مقاومت کششی را بین ۱۶ تا ۵۵ درصد افزایش دهد. تحلیل تفکیکی نشان می‌دهد که در حالی‌که نانوسیلیس به دلیل اثرات پوزولانی قوی، بیشترین اجماع علمی را برای بهبود مقاومت فشاری و کاهش نفوذپذیری دارد، نانومواد پایه کربنی (مانند گرافن اکسید و نانولوله‌های کربنی) به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد، در افزایش مقاومت‌های کششی و خمشی و کنترل ریزترک‌ها کارآمدتر عمل می‌کنند. با وجود این پیشرفت‌های قابل‌توجه، مسیر تجاری‌سازی و کاربرد صنعتی با چالش‌های مهمی نظیر پراکندگی یکنواخت، پدیده کلوخه‌شدن، حساسیت شدید به دوز مصرفی، هزینه‌های اقتصادی بالا و کمبود داده‌های اعتبارسنجی میدانی روبروست. این مقاله ضمن تبیین ظرفیت‌های تکنولوژیک نانومواد، بر ضرورت تداوم تحقیقات جهت رفع موانع اجرایی و توسعه کاربردهای پایدار و اقتصادی در صنعت ساخت‌وساز تأکید می‌ورزد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Analytical Review of Nanotechnology Achievements in Enhancing the Mechanical Performance and Durability of Ordinary and Lightweight Concretes

نویسندگان English

mohammad purnoroz, 1
Amin H 2
Seyed Mojtaba Movahedifar 3
mehdi nobahari 3
rahele zhiani 4
1 PhD Student, Department of Civil Engineering, Neyshabur Branch, Islamic Azad University, Neyshabur, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Neyshabur Branch, Islamic Azad University, Neyshabur, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Neyshabur Branch, Islamic Azad University, Neyshabur, Iran
4 Associate Professor, Department of Chemistry, Neyshabur Branch, Islamic Azad University, Neyshabur, Iran
چکیده English

The integration of nanomaterials into concrete has emerged as a transformative strategy to enhance mechanical properties, durability, and environmental resilience. This paper provides a comprehensive systematic review of the impacts of various nanomaterials—including nanosilica, nano-alumina, nano-metakaolin, nanoclay, calcium carbonate, and carbon-based nanomaterials—on concrete performance. An analysis of literature from 2015 to 2026 reveals that these additives significantly improve both normal and lightweight concrete by accelerating hydration, promoting the formation of Calcium-Silicate-Hydrate (C-S-H) gels, reducing porosity, and refining the Interfacial Transition Zone (ITZ). Quantitative findings suggest that incorporating these materials can enhance compressive strength by 12–50%, flexural strength by 2–40%, and tensile strength by 16–55%, contingent upon dispersion quality and dosage. Comparative assessment indicates that while nanosilica maintains a broad consensus for optimizing compressive strength and permeability, carbon-based nanomaterials—such as graphene oxide and carbon nanotubes—are superior in improving tensile/flexural performance and micro-crack arrest. Despite these technological strides, the widespread industrial application of nanoconcrete remains hindered by critical challenges, including uniform dispersion, particle agglomeration, high sensitivity to optimal dosage, economic viability, and a lack of long-term field validation. This study synthesizes the current state-of-the-art, identifying key potential capabilities while emphasizing the necessity for further research to bridge the gap between laboratory success and practical, sustainable construction implementation.

کلیدواژه‌ها English

Nanomaterials
Concrete
Compressive strength
Durability
Mechanical properties

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 20 مهر 1405
  • تاریخ بازنگری 27 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 11 آبان 1405