بخشی از مقاله
چکیده
فناوری نانو به عنوان یک علم نوین تاثیر بسزایی در ارتقاء صنایع مختلف به خصوص صنعت ساختمان دارد این فناوری با کاربرد های فروانی در بخشهای مختلف ساختمان باعث تحول و تقویت این صنعت شده است. در این مقاله، استفاده از فناوری نانو در مصالح ساختمانی و آثار مختلف آن مورد بحث قرار میگیرد. استفاده از فناوری نانو،استحکام و دوام و خواص دیگر مواد را به طور چشمگیری تحت مقیاس نانومتر تحت تاثیر قرار می دهد.این مقاله نیز نشان می دهد که چگونه استفاده از تکنولوژی نانو، بتن یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی را قوی تر، با دوام تر می سازد.
واژههای کلیدی: نانو فناوری ، نانو مواد ، صنعت ساختمان ، مصالح ساختمانی ، مقاوم سازی
مقدمه
فناوری نانو یکی از پر اهمیت ترین و تاثیر گذارترین فناوری ها در زندگی آینده بشر می باشد. این فناوری یک رویکرد جدید در تمامی رشته هاست و در تمامی علوم و صنایع قابلیت گسترش و پیشرفت را دارد.نانو تکنولوژی امکان تولید مواد و یا سیستم های جدید را با در نظر گرفتن کنترل سطح مولکولی و اتمی،چیدمان کنترل شده نانو ساختارها و دستیابی به خصوصیات منحصر به فرد در سیستم نهایی فراهم میسازد. صنعت ساخت و ساز به عنوان یکی از مهمترین صنایع جهان از فراورده های این فناوری سود برده است.
تاکنون نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان در حوزه های مختلفی در مصالح ساختمانی مثل فولادو بتن کاربرد پیدا کرده است. فناوری نانو را می توان برای فرآیند های طراحی و ساخت ، در بسیاری از موارد به کار گرفت زیرا محصولات تولید شده توسط فناوری نانو دارای مشخصه های منحصر به فردی می باشند که در مقاوم سازی مصالح می توانند مفید واقع شوند.از جمله خصوصیاتی که توسط نانو مواد می تواند ایجاد شود می توان به سبک کننده سازه ها ، مقاوم کننده ساختار کامپوزیت ها ،افزایش خاصیت چسبندگی مصالح ، افزایش کیفیت مصالح ، صرفه جویی در مصرف انرژی وبه تبع آن صرفه جویی اقتصادی اشاره نمود.
معرفی نانوتکنولوژی
فناوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فناوری های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می شود. معمولا منظور از مقیاس نانو، ابعادی در حدود nm1 تا nm100 می باشد. 1 - نانومتر یک میلیاردیم متر است - . فناوری نانو، هنر و علم دستکاری و بازچینی اتم ها برای ساخت مواد، ابزارها و سیستم های مفید در مقیاس یک میلیاردیم متر است. نانوتکنولوژی تولید مولکولی یا به عبارت دیگر، ساخت اشیا در سایزهای اتم به اتم، مولکول به مولکول توسط روبات های برنامه ریزی شده در مقیاس نانومتریک است. نانوتکنولوژی، فناوری جدیدی است که تمام دنیا را فرا گرفته است. گفته می شود که این فناوری، بخشی از آینده نیست بلکه همه آینده خواهد بود.
نانو در مصالح ساختمانی
نانو مواد در بتن ،بتن - یک محصول مصنوعی ساخته شده از سیمان، مکملهای بتن مانند شن، ماسه یا اسپلیت و آب - با تولید سالانه بالغ بر 10 میلیارد تن در سراسر جهان، فراوانترین کالایی است که به وسیله ی بشر تولید میشود و مهمترین مصالح ساختمانی است که در ساخت و سازها بکار میرود . افزایش مقاومت در بتن به ساختار بلورین آن بستگی دارد که اندازه آن تنها چند نانومتر است. در سالهای اخیر و با شروع بهسازی مواد در حوزه مصالح ساختمانی سیمانی، نانومواد به عنوان مواد مکمل در مصالح کاربرد دارد.
فناوری نانو از طریق به کارگیری نانوپودرها به عنوان مواد مکمل در مخلوط سیمان باعث بهبود در مقاومت، استحکام و فرآیندپذیری مصالح شده و تغییر در خواص دیگری مانند حفاظت الکترومغناطیسی، محافظت گرمایی، کنترل هدایت حرارتی، تغییر رنگ و واکنشهای کاتالیستی میگردد. از جمله مواد مکمل برای بهینه کردن خواص ملات بتن در مقیاس نانو میتوان به اکسیدهای فلزی نانو مقیاس برای مثال به دی اکسید سیلیکون کلوئیدی یا کوپولیمرهای بلوکی - که به صورت تجاری تولید میشوند - اشاره نمود.
با استفاده از دی اکسید سیلیکون کلوئیدی که اندازه ذرات آن به طور معمول در محدوده 5 تا 30 نانومتر است، استحکام و مقاومت بتن در برابر ً خوردگی اسیدی افزایش مییابد.. البته این اثر اصولا به میزان سطوح فعال سیلیس و توانایی ترکیب با عناصر سیمان، بستگی دارد که بتواند پس از واکنش، محصولی با استحکام بیشتر به وجود بیاورد. سرعت و شدت واکنش نیز مانند ترکیبات شیمیایی اصلاح شده سیمان، تأثیرات مثبتی بر روی بتن ایجاد میکند.
نانو مواد در فولاد
خستگی مساله بسیار حساسی است که می تواند منجر به شکست فولاد در سازه های تحت نیروی سیکلی - مانند پل و برج ها - گردد. این موضوع می تواند در تنش هایی کمتر از تنش تسلیم مواد رخ دهد و در نتیجه عمر مفید سازه را کاهش دهد. افزایش تنش باعث شروع ترک و متعاقباً شکست خستگی می شود. تحقیقات نشان داده است که افزودن نانو ذرات مس باعث کاهش ناهمواری های سطح فولاد گشته و در نتیجه ی آن تعداد تنش ها محدود شده و بنابراین ترک ناشی از خستگی کاهش می یابد. پیشرفت در این فناوری منجر به افزایش ایمنی، نیاز کمتر به نظارت و استفاده ی بهتر از مواد در ساخت و ساز های مستعد به مساله خستگی شده است.
نانو شیشه ها
از کاربردهای نانو تکنولوژی در صنعت شیشه های ساختمانی می توان به محصولاتی مانند شیشه های خود تمیز شونده، شیشه های کنترل کننده انرژی و شیشه های محافظ در برابر آتش اشاره کرد .در ساخت شیشه های خود تمیز شونده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده می شود .این شیشه ها دارای خاصیت ضد لک و ضد عفونی کنندگی هستند .شیشه های محافظ در برابر آتش از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوی نانو ذرات سیلیس درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شوند.شیشه های کنترل کننده انرژی سبب کاهش عبور امواج ماورای بنفش و مادون قرمز و تنظیم عبور نور مرئی و هم چنین جلوگیری از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان می شوند.
نقش نانو مواد در مقاوم سازی مصالح ساختمانی
مقاوم سازی بتن بتن یکی از متداول ترین و پر مصرف ترین مصالح مورد استفاده در صنعت ساختمان می باشد . استفاده از خاکستر بادی، الیاف ، میکرو سیلیس ، پلیمرها به عنوان افزودنی باعث بهود خواص بتن ، افزایش مقا ومت ،دوام بیشتر و سایش کمتر و مقاومت در برابر خوردگی می شود .مواد نانو ساختار نیز با توجه به رفتارهای بارزی که از خود نشان داده اند ، مورد توجه بخش صنعت در دهه های اخیر قرار گرفته اند .
در این میان صنعت بتن نیز با توجه به نیازهای خود چه از نظر استحکام ، مقاومت و دوام و نیز کارایی بالا ، از استفاده کنندگان مهم مواد نانو ساختار می باشد.درک بهتر ساختار و رفتار بتن در مقیاس نانو می تواند برای بهبود خواص بتن و جلوگیری از خرابی مفید واقع شود و موجب مقاوم سازی آن در برابر حملات شیمیایی و افزایش ناگهانی بارهای استاتیکی ودینامیکی گردد . علاوه بر این افزودن مقداری نانو مواد می تواند به طرز چشمگیری عملکرد بتن را افزایش دهد به طور مثال با افزودن مقداری نانو سیلیس می توان به طور شگفت انگیزی تراکم بتن را بالا برد و خلل و فرج موجود در بین ماسه ، شن و ... را در مقیاس نانو کاهش داد .
که این موضوع موجب افزایش ظرفیت حمل بار توسط بتن می شود و علاوه بر مقاوم سازی آن موجب جلوگیری از ورود مواد شیمیایی مضر از جمله سولفات به احجام بتنی می شود.دوغاب نانو سیلیکا برای بهبود مقاومت جداشدگی ب تن و خود تراکمی آن به کار گرفته می شود . همچنین با افزودن یک درصد وزنی نانو لوله به بتن مقاومت فشاری و خمشی ماتریس بتن افزایش می یابد و در برابر بارهای وارده می تواند مقاومت بهتری داشته باشد .
ترک یکی از دغدغه های اصلی در صنعت ساختمان محسوب می شود . اخیرا دانشمندان یک سری کپسول های حاوی مواد چسبنده در ماتریس بتن قرار داده اند و به محض ترک خوردن قسمتی از بتن این کپسول ها که در مقیاس نانو می باشند، شکسته می شوند و مواد موجود در آن ها با عناصر شیمیایی بتن واکنش برقرار کرده و از پیشرفت ترک جلوگیری می نماید . این گونه مواد خود ترمیم کننده ، می توانند به طور ویژه ای برای تعمیر نانو و میکرو ترک های پل ها ، اسکله ها و ستون ها به کار گرفته شوند.
مقاوم سازی کامپوزیت ها
فولاد یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی می باشد . خصوصیاتی از قبیل مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و توانایی جوش پذیری موجب استفاده فراوان از فولاد برای طراحی و ساخت ساختمان شده است . درسال 1992کارخانجات آهن آمریکا ، موسسه فولاد این کشور و دیگر تولید کنندگان موفق به تولید فولاد با عملکرد بالا برای پلها شدند . فولاد جدید دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی و قابلیت جوش پذیری فوق العاده ای بود .
سندویک نام یک نوع فولاد ضدزنگ با مقاومت فوق العاده بالا و شکل پذیری خوب می باشد . سندویک به علت عملکرد بالایش برای کارهایی که احتیاج به وزن سبک و طراحی صلب دارند ، بسیار مناسب است . مقاومت خوردگی و ساییدگی بالای آن موجب حفظ چرخه عمر اینگونه مواد شده است .تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.
