تقنية النانو لمواد البناء الموفرة للطاقة بالتطبيق علي الطاقة الکامنه لمواد البناء القائمة على الأسمنت

نوع المستند : Original Article

المستخلص

في سياق زيادة الحاجة إلى دفع المزيد من کفاءة الطاقة في المباني ، تعتبر الطاقة الکامنه لمواد البناء ذات أهمية متزايدة. تمثل الطاقة الکامنه لمواد البناء نسبة مهمة من اجمالي الطاقة المستهلکة في المبنى خلال دوره حياته. يعتبر الأسمنت مادة رابطة أساسية في الخرسانة ، وهو مادة کثيفة الاستهلاک للطاقة وأحد أکبر منتجي ثاني أکسيد الکربون في البيئة. تعد تقنية النانو تقدمًا علميًا عظيمًا يعد بتخفيض کبير في الطاقة واستخدام مواد خام أقل. الهدف الرئيسي من هذه الورقة هو مناقشة المساهمة المحتملة لتقنية النانو في تقليل الطاقة الکامنه لمواد البناء القائمة على الأسمنت سواء من خلال عملية التصنيع ؛ (الطاقة الکامنه الأولية) أو عن طريق زيادة متانة الخرسانة المرتبطة بدورة حياتها ؛ (الطاقة الکامنه المتکررة)
لذلک تقدم الورقة أولاً مراجعة الأدبيات لمفهوم کفاءة استخدام الطاقة لمواد البناء ، فيما يتعلق بالطاقة الکامنه لمواد البناء القائمة على الأسمنت ، مع الترکيز علي طاقة الإنتاج ومتانة المواد ؛ ثم تقدم استعراض لمواد البناء القائمة على الأسمنت (الخرسانة) ؛ وأخيرًا يناقش في شکل مقارنه بين المواد التقليدية والمواد القائمة على الأسمنت النانوي ، آثار استخدام تقنية النانو على الطاقة الکامنه للمواد الأسمنتية.
لقد وجد أن تکنولوجيا النانو يمکن أن تقلل من الطاقة الکامنه بطريقتين: أولاً ؛ دمج المواد النانوية مثل مسحوق نانو أکسيد الزنک مع المزيج الاولي الأسمنت ، مما يؤدي إلى انخفاض في کل من طاقة الإنتاج المستخدمة (الطاقة الکامنه الأولية) وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وثانيًا ؛ يساعد استخدام تقنية النانو في إنتاج مواد قائمة على الأسمنت أکثر متانة مما يساهم في تقليل صيانة المبنى (الطاقة الکامنه المتکررة)

الكلمات الرئيسية


[1]     Matthew R. Hall, Materials for energy efficiency and thermal comfort in buildings, Woodhead Publishing Limited, 2010
[2]      ick Best and Gerard de Valence, Design and Construction: Building in Value, Elsevier Science Ltd., 2002.
Peter F. Smith, Architecture in a Climate of Change, A guide to sustainable design, Second edition 2005
[3]    F. Pacheco-Torgal, M. V. Diamanti, A. Nazari and C-G. Granqvist, Nanotechnology in eco efficient construction, materials, processes and applications, second edition, Elsevier Ltd, 2019
[4]     Y.G.Yohanis, Life-cycle operational and embodied energy for a generic single-storey office building in the UK, Centre for Sustainable Technologies, School of the Built Environment, University of Ulster, Newtownabbey, Co. Antrim, BT37 0QB, Northern Ireland, UK, 2001
[5]     Xin Wang, Effects of nanoparticles on the properties of cement-based materials, Doctor of Philosophy, Iowa State University Ames, Iowa, 2017
[6]      Paola Sassi, Strategies for Sustainable Architecture, Taylor & Francis Inc, 2006
[7]      F. Pacheco Torgal, Cinzia Buratti,Siva Kalaiselvam, Claes-Göran Granqvist, Volodymyr Ivanov, Nano and Biotech Based Materials for Energy Building Efficiency, Springer, 2016
[8]      Paola Sassi, Strategies for Sustainable Architecture, Taylor & Francis Inc, 2006
[9]       Behnaz Amirzadeh Shams, Material-Aware Building Design in Responding to Future Needs, Eastern Mediterranean University, Master of Science in Architecture, azimağusa, North Cyprus, 2014
[10]  Fernando Pacheco Torgal Said Jalali, Eco-efficient Construction and Building Materials, Springer-Verlag London Limited 2011
[11]  F. Pacheco-Torgal , L. F. Cabeza , J. Labrincha  and  A. de   Magalhães,  Eco-efficient construction and building materials, Life cycle assessment (LCA), eco-labelling and case studies   Woodhead Publishing Limited, USA 2014
[12]  F. Pacheco-Torgal, M. V. Diamanti, A. Nazari and C-G. Granqvist, Nanotechnology in eco-efficient construction, Wood head Publishing Limited, 2013.
[13]  Ali Hasanbeigi, Lynn Price, Elina Lin, Emerging Energy-efficiency and CO2 Emission-reduction Technologies for Cement and Concrete Production,  China Energy Group, Energy Analysis and Environmental Impacts Department, Environmental Energy Technologies Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 2012
[14]  Mohammed Seddik Meddah, Recycled aggregates in concrete production: engineering properties and environmental impact, MATEC Web of Conferences 101, 05021 (2017)
[15]  W. Zhu, P.J.M. Bartos and A. Porro Application of nanotechnology in construction. Summary of a state-of-the-art report, Materials and Structures / Matériaux et Constructions, November 2004, pp 649-658 https://www.researchgate.net/publication/226541329_Application_of_nanotechnology_in_construction [accessed March 5- 2022]
[16]  Bjorn Birgisson, Anal K. Mukhopadhyay, Georgene Geary , Mohammad Khan, Konstantin Sobolev, Nanotechnology in Concrete Materials, TRANSPORTATION RESEARCH BOARD 2012 EXECUTIVE COMMITTEE OFFICERS
[17]  Dalia Ahmed Mohammed Osman, Omer Nur, Mustafa Abbas Mustafa, Reduction of Energy Consumption in Cement Industry Using Zinc Oxide Nanoparticles, Journal of Materials in Civil Engineering, March 2020
[18]  García-Díaz, F. Puertas, M. F. Gazulla, M. P. Gómez, y M. Palacios, Effect of ZnO, ZrO2 and B2O3 on clinkerization process. Part I. Clinkerization reactions and clinker composition, Materiales de Construcción Vol. 58, 292, 81-99
[19] Zhang, P.; Li, Q.; Chen, Y.; Shi, Y.; Ling, Y.-F. Durability of steel fiber-reinforced concrete containing SiO2 Nano-Particles. Materials 2019, 12, 2184. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6651140/pdf/materials-12-02184.pdf [accessed March 5- 2022]
[20] Jalal M, Mansouri E, Sharifi pour M, Pouladkhan A Mechanical, rheological, durability and micro structural properties of high performance self-compacting concrete containing SiO2 micro and nanoparticles. Materials and Design, 2012.  34, 389–400
[21] Ozyildirim C, Zegetosky C, Laboratory investigation of nanomaterials to improve the permeability and strength of concrete. Virginia Transportation Research Council, Final Report VTRC 10-R18, 2010
[22] Supit, S.W.M.; Shaikh, F.U.A. Durability properties of high-volume fly ash concrete containing nano-silica. Mater. Struct. 2015, 48, 2431–2445. https://link.springer.com/content/pdf/10.1617/s11527-014-0329-0.pdf [accessed March 5- 2022]
[23] Khoshakhlagh, A.; Nazari, A.; Khalaj, G. E, effects of Fe2O3 nanoparticles on water permeability and strength assessment of high strength self-compacting concrete. J. Mater. Sci. Technol. 2012, 28, 73–82. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030212600267?via%3Dihub [accessed March 5- 2022]
[24] Fang, Y.; Sun, Y.; Lu, M.; Xing, F.; Li, W. Mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar containing nano Fe2O3. Adv. Eng. Res. 2018, 146, 206–210. http://www.atlantis-press.com/php/paper-details.php?id=25889573 [accessed March 5- 2022]
[25] Nazari A, Riahi S Al2O3 nanoparticles in concrete and different curing media. Energy and Buildings, 2011,  43, 1480–1488
[26] Muzenski, S.; Flores-Vivian, I.; Sobolev, K. Ultra-high strength cement-based composites designed with aluminum oxide nano-fibers. Constr. Build. Mater. 2019, 220, 177–186. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6861922/pdf/materials-12-03548.pdf [accessed March 5- 2022]
[27] Feng, D.; Xie, N.; Gong, C.; Leng, Z.; Xiao, H.; Li, H.; Shi, X. Portland Cement Paste Modified by TiO2 Nanoparticles: A Microstructure Perspective. Ind. Eng. Chem. Res. 2013, 52, 11575–11582. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ie4011595 [accessed March 5- 2022]
[28] Chunping, G.; Qiannan, W.; Jintao, L.; Wei, S. The e
ect of nano TiO2 on the durability of ultra-high-performance concrete with and without a flexural load. Ceram-Silikáty 2018, 62, 374–381. https://www.irsm.cas.cz/materialy/cs_content/2018_doi/Gu_CS_2018_0033.pdf [accessed March 5- 2022]
[29] Shekari A, Razzaghi M Infl uence of nanoparticles on durability and mechanical properties of high performance concrete. Procedia Engineering , 2011, 14, 3036–3041.
[30] nano werk, Nanotechnology in construction, https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=26700.php  [accessed Mach. 5- 2022]
[31] Mattia Federico Leone, Nanotechnology for Architecture. Innovation and Eco-Efficiency of Nano-structured Cement-Based Materials, Leone, J Architec Eng Technol 2012, http://dx.doi.org/10.4172/2168-9717.1000102 [accessed March 5- 2022]
nano werk, Nanotechnology in construction, https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=26700.php  [accessed Mach. 5- 2022]