تاثیر فناوری نانو بر صنعت ساختمان

مروری بر تاثیرات نانوتکنولوژی بر افزایش بهره وری مصالح ساختمانی

در این مقاله ابتدا چکیده ای از علم نانوتکنولوژی رابا هم مرور میکنیم سپس به کارایی نانوتکنولوژی و موارد استفاده ی آن در ساختمان سازی می پرداریم . فناوری نانو دانشی مهندسی است که به مطالعه ی مواد در مقیاس مولکولی و اتمی می پردازد . در علم نانو اغلب با ذراتی که مقیاسی کمتر از 100 نانومتر دارند سروکار داریم . در سالهای اخیر فناوری نانو پتانسیل بسیار بالایی در زمینه ی پزشکی، الکترونیک و رباتیک از خود به نمایش گذاشته است . نانوتکنولوژی در مهندسی عمران و زیر شاخه هایی از آن مثل تصفیه آب شهری  و سیستم انتقال آب، شهرسازی، پل سازی و غیره راه را برای پیشرفت و توسعه هموار می سازد .

نانوتکنولوژی و ساختمان

فناوری نانوتکنولوژی و کابرد آن در ساخت و ساز موجب ایجاد درک جدیدی نسبت به مقاومت مصالح به کار رفته در ساختمان و متریال مصرفی شده است . استفاده از نانو ذرات در ساخت بتن و استفاده ازآلومنیا و سیلیس برای هیدراتاسیون ذرات سیمان باعث بهبود عملکرد بتن و ایجاد بتن هایی با کارایی بالاتر شده است . با استفاده از فناوری نانو فولادی سخت تر و بادوام تر خواهیم داشت، شیشه هایی که آب گریز هستند و نیاز به تمیز شدن کمتری دارند . آب بندی نمای ساختمان مناسب تر با استفاده از مواد نانو و وکیوم شدن ساختمان از لحاظ تبادل انرژی از جمله مواردی است که در ادامه راجع به آنها بیشتر با هم به تبادل اطلاعات می پردازیم.

نانوتکنولوژی و بتن 

به منظور افزایش کیفیت بتن بررسی و درک ساختار و رفتار بتن برای ما از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است . به همین منظور با استفاده از اسکنر هایafm و میکروسکوپ های الکترونی semi  و  با استفاده از یونازیسیون متمرکز به تجزیه و تحلیل بتن می پردازند و داده های حاصله به طور دقیق مورد بررسی قرار میگیرد . یکی از پیشرفت های حاصل از مطالعه ی رفتار بتن و استفاده از فناوری نانو استفاده از نانو سیلیس ها در فرایند تولید سیمان و بتن است . افزودن نانو سیلیس  منجر به افزایش تراکم و بهبود ساختار بتن در خواص مکانیکی آن می شود .
افزودن کلسیم سیلیکات نیترات با ایجاد واکنش اساسی از نفوذ آب به بتن جلوگیری میکند و در نتیجه شاهد ایجاد بتنی با ساختاری متمرکزتر و یک شکل تر هستیم . استفاده از ماده ای به اسم ocp و افزودن آن به بتن به همراه سیمان پرتلند معمولی و شن و ماسه باعث ایجاد ذرات بیشتری در حجم مورد نظر می شود، به عبارت دیگر چگالی افزایش میابد و بتن از مقاومت بالاتری برخوردار خواهد بود .

دی اکسید تیتانیوم و تاثیر آن برنانوتکنولوژی

یکی از مواد بسیار کاربردی مبتنی برنانو که می توانیم در این مبحث از آن یاد کنیم دی اکسید تیتانیوم می باشد . این ماده به شکل رنگ دانه های سفید است و قابلیت اکسید کردن مواد آلی و حتی اکسیژن را دارد به همین منظور به رنگ ها  و سیمان ها اضافه میشود . به علاوه خاصیت ضدعفونی کنندگی قوی، بوگیری و ضد رسوب دارد و از آن میتوان به جهت وکیوم کردن پنجره ها و آب گریزی کاشی ها و غیره استفاده کرد . استفاده از آن در مصالح ساختمانی در یک فضای باز موجب کاهش آلاینده های موجود در هوا میشود و همچنین به خاطر خاصیت آب دوستی آن برای پوشش های ضد مه و پنجره ها بسیار کاربرد دارد .

نانوتکنولوژی و فولاد 

یکی از موارد حایز اهمیت در اسکلت هر ساختمان و صنعت ساختمان سازی تیر آهن و فولاد  به کار برده شده در ساختار ساختمان است که شامل پیچ و مهره ی استفاده شده، ستونها و خلاصه هرچیزی ست که جنس آن از فولاد است . فولاد در تمامی موارد ساختمانی از جمله در برج ها و پل ها مورد استفاده قرار میگیرد . تخریب ساختار فولاد هنگامی که تحت بارگزاری چرخشی قرار میگیرد یکی از موارد استرس زا و دغدغه های مهندسین ساختمان سازی است . هنگامی که مقاومت کششی فولاد بیشتر از 1200 مگاپاسکال باشد موجب ایجاد ناهمواری هایی در ساختار فولاد شده و شکنندگی آن افزایش پیدا میکند و سبب افزایش احتمال ایجاد ترک در فولاد می گردد . افزودن نانو ذرات مس به فولاد باعث کاهش تنش عملکردی ماده شده و با جلوگیری از ایجاد ترک و صیقلی شدن هرچه بیشتر فولاد منجر به ایجاد فولادی با آستانه مقاومت بیشتر و مطمئن تر می شود .  افزایش مقاومت فولاد تاثیر بسیار زیادی بر محاسبات مربوط به زلزله نگاری و محاسبات مربوط به عکس العمل ساختمان در مقابل رانش زمین دارد .

نانوتکنولوژی و شیشه  های ضد حریق

یک از کار بردهای نانوتکنولوژی استفاده از آن جهت پنل های شیشه ای ساختمان است . شیشه ها در کنترل نور و گرمای ساختمان و هدر رفت انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردارند . به این منظور از چهار شیوه جهت افزایش سطح کارایی شیشه استفاده می شود :

 شیوه ی اول استفاده از الکتروکرومیک  به منظور ایجاد عایق حرارتی ست که با ایجاد یک لایه تنگستن و مات کردن  شیشه سعی در کنترل حرارت دارد . در این شیوه از پوشش های نازکی که از نظر طیفی بسیار حساس هستند برای فیلتر فرکانس های مادون قرمز ناخواسته ی نوراستفاده میشود .

 شیوه ی دوم استفاده از فناوری ترموکرومیک است که موجب جلوگیری از هدر رفت گرما شده و مانند یک عایق حرارتی عمل میکند .

شیوه ی سوم استفاده از فناوری فوتوکروم است که به تغییرات نوری حساس است و موجب ورود نوربیشتر به ساختمان و روشنایی بیشتر البته با در نظر گرفتن طیف نورهای خروجی می شود .

و در آخر استفاده از نانو ذرات سیلیس بخار در بین شیشه ها که با گرم شدن به کمک ما آمده و مانند سپر آتشنشانی سفت و مات عمل میکنند و درنهایت موجب ایجاد پایداری سطح انرژی و بهبود عملکرد شیشه در ساختمان میشوند .

نانوتکنولوژی و سیمان 

پوشش های کنونی ساختمان که از جنس سیمان هستد دارای نقاط ضعف بسیاری می باشند . از جمله میتوان به ایجاد تخلل و ترک درسیمان اشاره کرد . به دلیل ضخامت کم و شکنندگی بالای سیمان،  با اضافه کردن مواد پلیمری به سیمان باعث افزایش چسبندگی و بهبود عملکرد آن میشویم . نانو تکنولوژی در نظر دارد با افزودن موادی به سیمان باعث ایجاد یک پوشش سخت، با دوام و با تحمل زیاد حرارتی شود که بتوان آن را جایگزین موارد فعلی کرد .

نانوتکنولوژی و لوله ها

با استفاده از فناوری نانو در تولید لوله ها ما شاهد لوله هایی با وزن کمتر، محکمتر و با دوام بالاتری هستیم . و استفاده از نانو لوله ها با الیاف پلی پروپیلن موجب افزایش استحکام لوله ها در برابر آتش، فشار و کاهش هدر رفت انرژی می شود . این لوله ها در میان مدت از لحاظ اقتصادی برای ساختمان مرقون به صرفه بوده و سبب کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات می گردد .