مقاله در مورد کاربرد نانو مواد در صنعت ساختمان

بخشی از مقاله

کاربرد نانو مواد در صنعت ساختمان

نانوتكنولوژي چيست و چرا به اين نام معروف شده است زمينه دخالت اين تكنولوژي چيست ؟
نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در ابعاد مولكولي و اتمي است يعني نانوتكنولوژي با ابعاد نانومتر در ارتباط است.در حقیقت خواص و رفتار مواد در ابعاد نانو با آنچه که ما هم اکنون از مواد مشاهده
می کنیم متفاوت است. بنابراین اگر می خواهیم خاصیت معینی را در ابعاد نانو نیز داشته باشیم

باید به دنبال موادی بگردیم که در ابعاد نانو آن خاصیت را داشته باشند. به عنوان مثال برای نیرو محرکه در حد نانو احتیاج به موتور و ... نیست بلکه از ارتعاش مولکولها به عنوان نیرو محرکه استفاده می گردد. از همين تعريف ساده بر ميآيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي

جديد در تمام رشتهها است. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزههاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي، بيوتكنولوژي، الكترونيكي كامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمردهاند. به عنوان نمونه ای دیگر دانشمندان توانسته اند لوله ای تو در تو را ایجاد نمایند به طوری که یک اتم می تواند در داخل آن حرکت کند و درازای این لوله به اندازه سه برابر استوا می باشد . هدف از این پروژه این است که بتوانند به اتم سرعتی در حد نور بدهند. لازم به ذکر است که کاربرد های نانو تکنولوژی سری است كاربردهاي وسيع اين حوزه همراه با

پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن اين تكنولوژي را به عنوان يك زمينه فرا رشتهاي مطرح نموده است. بنابراين اين حوزه نيازمند سياستگذاري تحقيقاتي متمركز است. نانوتكنولوژي، مقولهاي نيست كه به يك آزمايشگاه يا يك تيم تحقيقاتي به سرانجام برسد؛ بلكه براي شكلگيري شايسته ساختار و اجزاء متعدد آن، وجود يك نهاد هماهنگ كننده فرابخشي ضرورت نام دارد.

کاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان(بتن)
از مهمترین پیشرفتهای بوجود آمده در صنعت مصالح ساختمانی ، بتن با عملکرد بالا می باشد ، برای درک بهتر رفتار این نوع مصالح باید ساختار بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو مورد بررسی قرار گیرد و نیز بتوان با کاربرد مصالح نانو ، بتن با عملکرد بالا و چند منظوره ساخت که دارای خاصیت الکترو مغناطیسی بوده و قابلیت به کار گیری در سازه های اتمی
( محافظت از تشعشعات ) را داشته باشد و نیز در سازه های ساختمانی

اثیر به سزایی در حفظ انرژی ساختمان ایفا کند .
معرفی مواد نانو ساختار و نیز بیان مزایای استفاده از این مواد در صنعت ساختمان سازی با توجه به نتایج آزمایشگاهی می باشد .

MHPC ، مواد نانو ساختار، بتن HPC: نانو تکنولوژی ، بتن واژه های کلیدی
مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضحامت) زیر 100nm باشد تعریف شده اند، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی، در یک تقسیمبندی عمومی، محصولات نانومواد را می توان به صورتهای زیر بیان کرد:
- فیلمهای نانو لایه-(Nano Layer Thin Films ) برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی،
-نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی

- نانو ذرات به عنوان پیش سازنده(precursor ) یا اصلاح ساز(Modifier ) پدیدههای شیمیایی و فیزیکی.
هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا می باشد، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره به شمار آورد. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید باشد به گونهای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.

1-مواد نانو کامپوزیت
مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.
هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن صورت گرفته است، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه میباشد. در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد، زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده است.

2-بتن با عملکرد بالا
یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (HPC)
می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.

بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها اهمیت دارد.روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف میباشد. در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا میباشد، از جمله میتوان به خاصیت الکترو مغناطیسی و قابلیت بکار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی

ساختمانها و ... را نام برد.
3- نانو سیلیس آمورف
در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و
پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.
محصول معمولی همان میکرو سیلیکا میباشد که دارای قطری در حدود0.1 تا 1 میلیمتر بوده و دارای اکسید سیلیس حدود 90% میباشد. میتوان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که برای افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده میشود.

محصولات نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای گولهای شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار میباشند، که مایع آن معمولترین نوع محلول نانوسیلیس می باشد، این نوع محلول آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم به کار گرفته شده است.

نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد. مانند:
- خاصیت ضد سایش
- ضد لغزش
- ضد حریق
- ضد انعکاس سطوح
4- نانو لولهها (NANOTUBES)
همان گونه که مطرح شد معمولا الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکاربرده می شوند. امروزه از الیاف فلزی، شیشهای، کربن و ... در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده نانو لوله کربنی انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج برای مسلح کردن بوسیله نانولوله ها استفاده کرد.

نانو لولهها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده میباشند.
نانو لولهها طبقه جدیدی از محصولات میباشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد نانو کامپوزیتهای چند منظوره بوجود آورده اند ومیتوانند به عنوان نانو لولههای کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند.
5- نتیجه‌گیری
نشان دادن مصالح جدید ارائه شده ساختمانی و بیان مزایای استفاده از این نوع مواد در صنعت ساختمان می باشد، البته به دلیل نو بودن این نوع مصالح زمینه‌های فراوانی برای کارهای نظری و عملی در دانشگاه های کشور می باشد با معرفی مصالح و ساختار نانو راه برای گام‌های بلندتر در این زمینه باز خواهد شد.

ماده ضدآب بتن ومصالح ساختمانی- نانو تکنولوژی
ماده ضدآب کننده بتن و مصالح ساختمانی با نام تجاری زایکوسیل(Zycosil).
زایکوسیل نسل جدیدی از تکنولوژی نانو می باشد که برای ضد آب کردن بتن و مصالح ساختمانی و محافظت از آنها در برابر گرما و اشعه فرابنفش و فرسایش ساخته شده است.
این ماده بخاطر اندازه بسیار ریز (4 تا 6 نانومتر) و قدرت نفوذ بالا (3تا 5 میلیمتر) ، در برابر فرسایش باد ،بارش مداوم باران و اشعه فرابنفش مقاوم است. در ساخت زایکوسیل مسائل زیست محیطی لحاظ شده اند. این محصول اولین ماده ضد آب، با تکنولوژی نانویی پایه آبی در جهان است،

بدین معنی که با بالاترین استانداردهای VOC مطابقت دارد. زایکوسیل در آب حل می شود و محلولی شفاف تشکیل می دهد. این محلول می تواند برای سطوح تازه ساز و قدیمی ساز بتنی و بناها (مصالح ساختمانی) به وسیله اسپری، قلم مو و یا غلتک استفاده شود. زایکوسیل با سطح بتن و مصالح واکنش شیمیایی داده و پس از
خشک شدن بخشی از آنها می شود و آن را به شدت دافع آب می کند و تا زمانیکه مصالح ساختمانی وجود دارند از آنها در برابر آب محافظت می کند.

تکنولوژی نانوی بکار رفته در تولید این ماده باارزش از مکانیزم برگ گل نیلوفر آبی الهام گرفته شده است و این یعنی ایجاد سطوحی با خاصیت:
(آب گریز * خود تمیز شونده* و قابلیت تنفس(
بتن مسلح، ملات، آسترسیمانی، بلوکه های سیمانی، ورقه های سیمانی سقف، موزاییک، انواع سنگهای طبیعی و مصنوعی، سنگ دانه ها، خاک، دوغاب، آجر، کاشی و محصولات سفالی را
می توان با زایکوسیل در برابر آب محافظت کرد.

آب به عنوان ویرانگر بزرگ (حلال و واسطه واکنش) مهمترین عامل نابودی مصالح ساختمانی به شمار می رود. مصالح ساختمانی محافظت نشده می توانند صدمات ظاهری و ساختاری جبران ناپذیری را در اثر جذب آب متحمل شوند مثل: شوره زدگی، رشد قارچ و کپک،
سیاه شدن نما، پوسته شدن رنگ، طبله کردن وغیره.
مسئله مهم دیگر جلوگیری از تضعیف مقاومت بتن مسلح در اثر واکنش های آلی سیلیکا- قلیایی(ASR)، باران های اسیدی، کربنات شدگی و جلوگیری از نفوذ کلرید، عامل خوردگی میله های فولادی در بتن مسلح می باشد.

زایکوسیل نخستین فن آوری مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست است که در مقابل آب محافظتی طولانی مدت (بیش از20 سال) ایجاد می کند. زایکوسیل با نسبتهای 1 به 10 و 1 به 20 در آب حل می شود،هر لیتراز این محلول آماده می تواند در سطوح افقی 3 تا 4 متر مربع و در سطوح عمودی6 تا 8 مترمربع را پوشش دهد، میزان قطعی مصرف بستگی به خلل و فرج سطح دارد.
برخی از موارد مصرف زایکوسیل بشرح زیر است:
کاربردهای عمومی:
ساختمانهای جدید، ساختمانهای قدیمی، مناطق ساحلی، ورقه های سقفی سیمانی، محل های فرش شده با بتن، آثارگلی ، کاشی و سفالی، سنگها و آجرهای بدون محافظ
کاربردهای تجاری و بازرگانی :
برج های خنک کننده، تصفیه خانه فاضلاب، لوله های سیمانی و بتنی، پل ها،
تراورس های خط آهن، تقاطع های غیر هم سطح، تونل ها، اسکله های دریایی،
بار انداز هاو کارخانه های کشتی سازی .

زایکوسیل همچنین یک پرایمر بسیار عالی است چون علاوه برافزایش قدرت چسبندگی رنگ، سطح آن را کاملا" ضد آب می کند و با نفوذ به منافذ سطح و پوشش آن میزان پوشانندگی رنگ را افزایش داده در نتیجه رنگ کمتری مصرف می شود.
تعمیرات بتون
سازه های بتونی با سپری شدن دور 28 روزه قابل تـرمیم نیسـتند یعنی بتون کهنه و نوهرگز یک پیوند مولــکولی و ترکیب صد در صد را ندارند ، کـارشناسان این شـرکت با دردست داشتن آخرین پدیده های روز جهان توانسته اند مشکل گشای بسیاری از مـعضلات بتون در کشور باشند.
اینگونه تعمیرات شامل برطـرف نمودن نشـتی مخـازن بتونی (حتی در حال نشت ) تـرمیم ترک خوردگی یا فرسودگی بتونی ، با محصولات انحصـاری نفوذگر این شـرکت از Base بتون به نام cx800 و cx800plus و تزریق اپوکسی ماگما در گپ های ایجاد شـده در استحکـامات و فوندانسیون ها ، پر کـردن خلا های ایجاد شده در اجــرای گروت (پلیت) با قدرت پنج برابر بتون مسلح ، و تـرکیب

مولکولی و یـک پارچه شدن گروت و پلیت و بتون ، پوششهای انواع اپوکســی ، کف کارخانه ها ، سالنـهای تولید دفـاتر اداری ، کارگاهی و بیمارستانها و آزمایشگاهها ، با مواد پلیمری ضد سایش و ضد اسـید ، ترمیم سازه های بتونی ، برجهای خنک کننده و سایر تاسیسات صنــعتی و اداری و مسکونی .

معرفی پاره ای از موارد انجام شده ماده نشت گیر CX800
1- شرکت آب و فاضلاب سیستان وبلوچستان مخزن 5000 و3500 متر مکعبی
2- شرکت آب و فاضلاب اصفهان لوله های تحت فشار بتونی و مخازن بتونی
3- شرکت آب و فاضلاب استان مازندران
4- شرکت آب و فاضلاب استان گلستان
5- شرکت آب و فاضلاب استان ایلام
6- شرکت آب و فاضلاب ارومیه تصفیه خانه ها و مخازن
7- مخازن نگهداری آب آشامیدنی کشت و صنعت کارون
8- مخازن نگهداری آب شهرستان چالوس
9- مخازن نگهداری آب شهرستان نور
10- مخازن نگهداری آب آشامیدنی استان گیلان
11- مجموعه ورزشی شهرداری منطقه 7

12- اجرای عملیات بازسازی ، کلاریفایرهای آب جنوب شرق اهواز
13- اجرای عملیات بازسازی مخازن فاضلاب سیمان اردبیل
14- اجرای عملیات بازسازی تصفیه خانه مرکزی تحقیقات فضایی ایران
15- اجرای عملیات بازسازی کلاریفایر شرکت سنگ آهن مرکزی ایران

16- اجرای عملیات بازسازی دو مخزن نگهداری آب سنگ آهن مرکزی ایران
17- اجرای عملیات بازسازی نشت از لوله سیمانی انتقال آب اصفهان
18- رفع نشت از مخازن بتونی کارخانه قند لرستان

اعجاز فن آوري نانو در ضد آب كردن مصالح ساختماني
(عمر طولاني، صرفه اقتصادي و سازگاري با محيط زيست)
ضد آب كردن مصالح ساختماني در طول هزاره اخير هميشه مشكلي فراگير بوده است. بعلت

نبود آشنايي با سطح نانويي مصالح ساختماني، اين مشكل كاملاً مورد بررسي قرار نگرفته است. پيشرفتهاي اخير در علم و فن آوري، عملاً امكان استفاده از آخرين فن آوري نانو در توليد محصولات ارگانو سيليكون (Organo-Silicon) و سازگار با محيط زيست براي ضد آب كردن انواع مختلف مصالح ساختماني را فراهم ساخته است. فن آوري نانو تضمين كرده است كه عمر اين نوع خدمات بيش از بيست تا سي سال با هزينه اي بسيار مقرون به صرفه معادل 6000 تا 15000 ريال براي هر متر مربع مي باشد.

معرفي
وجود رسوخ در مصالح ساختماني، نشت آب بعلت خلل و فرج داخلي و تركهاي ريز، مسئله اي شناخته شده است. ضد آب سازي نوعي عمل كردن است كه انتظار مي رود مصالح را در مقابل آب نفوذ ناپذير كند. فن آوري ها و پيشرفت هاي زيادي در توليد محصولات ضد آب سازي در طول 50 سال گذشته بويژه در استفاده از شيمي پليمري پايه و بسياري محصولات ديگر صورت گرفته است.
ضد آب سازي
يكي از اهداف ضد آب سازي حفظ و نگهداري زيبايي در مقابل موارد زير است:
- پوسته شدن رنگ
- تاول هاي رنگ
- قارچ
- كپك و زنگ گياهي
- شوره
مسئله مهم ديگري كه در ضد آب سازي به آن پرداخته مي شود جلوگيري از تضعيف مقاومت مصالح ساختماني بتني، باران اسيدي، آسيب سولفات و غيره مي باشد. ضد آب سازي همچنين مانع نفوذ كلريد ،عامل خوردگي ميله هاي فلزي بتن مسلح، مي باشد.

مشكلات مرتبط با آب
بيشتر مصالح ساختماني تخلخل بسياري دارند و در سطح داراي گروه هاي هيدروكسيل هستند. اين گروه هاي هيدروكسيل بخاطر شباهت با ساختار آب و ويژگي آب دوستي، جاذب آب هستند. بنابراين بيشتر مصالح ساختماني به راحتي خيس مي شوند و در منافذشان آب جذب مي كنند. اندازه مولكول آب 0.18 نانومتر است ( نانومتر معادل متر يعني 00180. ميكرون مي باشد ). اندازه منافذ در بيشتر مصالح ساختماني بين 5 تا 200 نانومتر است. اندازه بيشتر آلاينده ها چون اسيد ها،

كلريد ها و سولفات ها بين 1 تا 2 نانومتر مي باشد. حتي در بتن و سنگ فشرده اندازه منافذ بسيار بزرگتر از آب است و با توجه به خاصيت آب دوستي مصالح ساختماني امكان ورود آسان آب را فراهم مي كند. از زمانيكه مردم در سراسر دنيا به زيبايي اهميت دادند و با توجه به افزايش قيمت كارگران، صنعت ساختمان ضد آب سازي را راهي براي حفظ و نگهداري ظاهر ساختمان هاي نوساز در نظر گرفته است. محصولات بسياري در بازار وجود دارد و نيازهاي ضروري كه مصالح

ضد آب سازي بايد رعايت كنند بدين شرح است:
- مقاومتي كه مي تواند در برابر جذب آب ايجاد كند.
- نفوذ عمل ضد آب سازي به عمقي سنجش پذير.
- لكه زدايي مناطق سطح عمل شده.
- دوام طولاني مدت در محيطي آلكالين.
- خطر محيط زيستي و سلامتي پايين.