بخشی از مقاله
کاربرد فناوری نانو در ساخت مصالح نوین ساختمانی و مزایای آن نسبت به مواد مشابه
چکیده
با گسترش روز افزون جمعیت و افزایش میزان ساخت و ساز و هم چنین به دلیل محدود بودن منابع و مصالح مصرفی، تقاضا برای استفاده از مصالح جدید در صنعت ساختمان افزایش پیدا کرده است. از این رو نانو سیلیس می تواند نقش مهمی در ساخت و تولید قطعات نوین ساختمانی ایفا کند . در این پژوهش بر آن شدیم تا با بررسی کاربرد فن آوری نانو در بخشهای مختلف صنعت ساخت و ساز، مزایای استفاده از آن را بیش از پیش آشکار کرده تا با استفاده از این ماده نوین که افزایش عمر و دوام قطعات ساختمانی را در بردارد گام مهمی در توسعه پایدار شهری برداریم. به همین دلیل کنترل خواص مواد در مقیاس نانو و نیز کنترل اثرات فیزیکی و شیمیایی مربوطه، تولید مصالح ساختمانی چندمنظوره با کارایی بالا را ممکن می سازد، که این امر باعث ایجاد ارزش افزوده، افزایش دوام، کیفیت و پایداری محیط زیست می شود. قابل ذکر است این فناوری کاربرد وسیع و چشمگیری در احداث زیرساختهای اصلی نظیر سدها، راهها، پلها و کانالها و...
دارد و باعث افزایش چشمگیر مقاوت قطعات ساختمانی در برابر نیروهای وارده و کاهش نفوذپذیری آنها می شود .
واژه های کلیدی : نانو سیلیس، مصالح نوین، نانوتکنولوژی، سبک سازی
-1مقدمه
با گسترش روزافزون جمعیت و افزایش میزان ساخت و ساز و هم چنین به دلیل محدود بودن منابع و مصالح مصرفی، تقاضا برای استفاده از مصالح جدید در صنعت ساختمان افزایش پیدا کرده است. تلاش در جهت پیدا کردن راه حل هایی برای اصلاح کیفیت، افزایش کارایی مصالح و کاهش مصرف ماده خام و انرژی، موجب استفاده از فن آوری های نوین در این صنعت شده است. یکی از بزرگ ترین فن آوری های نوین در قرن حاضر نانو تکنولوژی است که استفاده از آن در راستای برطرف کردن نیاز های صنعت ساختمان، می تواند راهگشا باشد. از مزایای استفاده از این فن آوری می توان به افزایش کیفیت مصالح، صرفه جویی در مصرف انرژی و به تبع آن صرفه جویی اقتصادی اشاره کرد.
نانوتکنولوژی توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در نانوتکنولوژی بسیار مهم است، چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم ها و مولکول ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن ها کوچک تر از 100 نانو متر باشد گفته می شود. نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد یکی از مهم ترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانویی است. در این مقیاس رفتار سطوح بر رفتار توده ای ماده غالب می شود. در ابعاد نانویی قوانین فیزیک کوانتوم، ا مکان تغییر خواص ماده مانند دمای ذوب، خواص مغناطیسی و رنگ را ایجاد می کند. روش های ساخت مواد نانویی را می توان به دو روش کلی طبقه بندی کرد:
روش بالا به پایین: این روش عبارت است از کوچک کردن اندازه ساختارها از میکرومتر به نانومتر. در واقع این امکان وجود دارد که مواد را آن قدر تجزیه کنیم تا به حد نانومتری برسند .[1] امروزه این عمل توسط شکست فیزیکی و شیمیایی انجام پذیر است.
روش پایین به بالا: این روش مبتنی بر در کنار هم قرار دادن توده های اتمی و مولکولی به صورت کنترل شده به منظور ساخت سیستم های بزرگ تر است. روش تولید پایین به بالا را فقط برای ساخت مواد در مقیاس نانومتری می توان استفاده کرد؛ اما روش های تولید بالا به پایین هم برای تولید مواد » نانو « و هم برای مواد » میکرو « کاربرد دارند.
با توجه به اثرات استفاده از نانو سیلیس در بتن، از جمله بهبود ریزساختار، کاهش نفوذپذیری، کاهش اندازه حفرات خالی و افزایش مقاومت فشاری، میتوان استدلال نمود که استفاده از نانو سیلیس در بتن سرعت نفوذ یون کلرید را در آن کاهش می دهد. افزودن نانو ذرات سیلیس به ملات سیمان باعث بهبود مقاومت فشاری و خمشی ملات نسبت به ملات معمولی شده است. در آزمایشهای انجام شده توسط جی نمونه هایی از بتن حاوی خاکستر بادی تنها و نمونه هایی حاوی خاکستر بادی به همراه نانو سیلیس ساخته و میزان نفوذپذیری آنها در مقابل آب را اندازه گیری نمود. نتایج آزمایشها رشد قابل توجهی در مقاومت بتنهای حاوی نانو سیلیس در برابر نفوذ آب را نشان میدهد.[6]
فناوری نانو به عنوان یک فناوری کلیدی و بین رشت های، فرصت های زیادی را جهت تقویت رقابت در صنعت ساخت و ساز نظیر ساخت و ساز سریع تر، منعطف تر، مطلوب تر، پایدارتر و مقرون به صرف هتری را فراهم کرده است؛ و زمینه های کاربردی این فناوری،تقریباً در تمام بخش های ساختمان شامل اسکلت، طراحی نما، مهندسی ساختمان که سیستم های
ساختمانی و طراحی داخلی را شامل می شود. کنترل خواص مواد در مقیاس نانو و نیز کنترل اثرات فیزیکی و شیمیایی مربوطه، تولید مصالح ساختمانی چندمنظوره با کارایی بالا را ممکن می سازد، که این امر باعث ایجاد ارزش افزوده، افزایش دوام، کیفیت و پایداری محیط زیست می شود. قابل ذکر است این فناوری کاربرد وسیع و چشمگیری در احداث زیرساخت های اصلی نظیر سدها، راه ها، پل ها و کانالها و... دارد.
-2کابرد های فتاوری نانو در اجزای مختلف ساختمان
با توجه به نو بودن این فن آوری، هر سال کاربردهای جدیدی از آن در صنایع مختلف معرفی می شود. در مورد کاربرد های نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان به طور خلاصه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-1-2 بهبود خصوصیات سیمان و بتن
بتن (یک محصول مصنوعی ساخته شده از سیمان، مکمل های بتن مانند شن، ماسه یا اسپلیت و آب) با تولید سالانه بالغ بر10 میلیارد تن در سراسر جهان، فراوان ترین کالایی است که به وسیله ی بشر تولید می شود و مهم ترین مصالح ساختمانی است که در ساخت و سازها بکار می رود. افزایش مقاومت در بتن به ساختار بلورین آن بستگی دارد که اندازه آن تنها چند نانومتر است. [2] در سا لهای اخیر و با شروع بهسازی مواد در حوزه مصالح ساختمانی سیمانی، نانومواد به عنوان مواد مکمل در مصالح کاربرد دارد.[9] 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 واکنش های کاتالیستی می گردد(شکل .(1 از جمله مواد مکمل برای بهینه کردن خواص ملات بتن در مقیاس نانو می توان به اکسیدهای فلزی نانو مقیاس (برای مثال دی اکسید سیلیکون کلوئیدی) یا کوپولیمرهای بلوکی (که به صورت تجاری تولید می شوند)اشاره نمود(شکل .(2 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 می یابد. البته این اثراصولاً به میزان سطوح فعال سیلیس و توانایی ترکیب با عناصر سیمان، بستگی دارد که بتواند پس از واکنش، محصولی با استحکام بیشتر به وجود بیاورد7]،.[9 سرعت و شدت واکنش نیز مانند ترکیبات شیمیایی اصلاح شده سیمان، تأثیرات مثبتی بر روی بتن ایجاد می کند.
شکل (1 تفاوت بتن معمولی با نانو بتن شکل (2 پلیمرها به عنوان عامل پر کننده در ماتریس سیمان
-2-2 نانو پوشش ها
از جمله نانوپوشش ها می توان به پوشش های سنگ و چوب، پوشش آجرها، سرامیک ها و کاشی ها، پوشش های سطوح بتنی و پوشش سیمان های الیافی اشاره کرد. مهم ترین مزایای استفاده از نانو پوشش ها عبارت است از ایجاد پوشش عایق مناسب، عدم نفوذ عوامل خوردگی به داخل این پوشش ها، افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت، افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سایش و پوسیدگی و خاصیت خود تمیز شوندگی این سطوح.[3]
-3-2 نانو ضد آب کننده ها
جذب آب، صدمات متعدد و جبران ناپذیری را به ساختمان محافظت نشده وارد می آورد. شوره زدگی، طبله کردن دیوار و پوسته شدن رنگ ها، ایجاد کپک ها و قارچ ها، جذب آلودگی و کثیف شدگی، ایجاد شکاف و فرسودگی زودرس، کاهش مقاومت بتن و خوردگی آهن آلات از جمله صدمات ظاهری و ساختاری وارد بر ساختمان هستند. ضد آب کننده ها راه کار مناسبی برای جلوگیری از صدمات ناشی از نفوذ آب به ساختمان هستند.[4] مواد ضد آب که از نانو ذرات ساخته می شوند با نفوذ مناسب در مواد، محافظت طولانی مدتی را برای سطوح ایجاد می کنند. مصارف ساختمانی ضد آب کننده ها عبارتند از: ساختمان های نوساز، ساختمان های قدیمی، قطعات سیمانی و بتنی، کاشی ها و سنگ ها. قابل ذکر است که ضد آب کردن ساختمان در بخش های مختلفی مانند فونداسیون و ستون ها، دیوار های داخلی، دیوارها و پوشش های خارجی، سرویس های بهداشتی، محل سیم کشی های توکار و کانال ها، مخازن ذخیره آب زمینی و هوایی و پشت بام ها امکان پذیر است.
