فناوری نانو در صنایع ساختمانی

فناوری نانو در صنایع ساختمان نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه و بتن ایفا می کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن ها نانو لوله های کربنی (CNT ) و دی اکسید تیتانیوم (TiO۲) هستند، عموما" در سازه های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش ها در نمای داخلی و خارجی ساختمان ها نیز از اهمیت ویژه ای برخورداراست. نانو پوشش‌های ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده و جذب کثیفی را به حداقل می رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعه UV مقاوم می‌سازند. این نانو پوشش ها در سطوحی از جمله سیمان ، آجر ، سفال ، سنگ معمولی ، کاشی ، مرمر ، چوب ، سرامیک ، شیشه ، فولاد و بتن به کار می روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده ، شیشه های خود تمیز شونده ، مقاوم در برابر آتش و کنترل کننده انرژی و در نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل از علم نانو که باعث عدم نفوذ باکتری‌ها به ساختمان‌های اداری، مسکونی، بیمارستان‌ها و غیره شده و به آنها عمری طولانی ، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن و فرسودگی می بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می‌توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه ای به نام فناوری نانو روبرو هستیم. متخصصان علم نانو براین باورند که بعد از تولید ماشین‌های بخار ، موتور و توسعه IT ، فناوری این علم افق های تازه ای را به دنیای انسان ها بازخواهد کرد. فناوری نانو ، قادراست مواد را تا اندازه ای کوچک کند که با دوباره سازی آن‌ها بتوان مواد و فنآوری های جدیدی را به دنیا عرضه نمود.

برای مثال، گل رس و سرامیک را می توان به ابعاد نانو درآورده و به صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کرده و در محیطی خنثی مصالحی سخت و مقاوم را که نمونه آن تا به حال دیده نشده بوجود آورد.

فناوری نانو و پوشش های ساختمانی

نانو پوشش های ساختمان در سطوح داخلی و خارجی ساختمان ها از جمله: سطوح شیشه ای ، پلاستیکی ، چوبی ، فولادی ، سنگی ، آجری ، کاشی ، سرامیکی ، سیمانی و بتنی و ... استفاده می شوند. دراین سطوح (سطوح هوشمند) که عموما" فوق آبدوست و یا فوق آبگریز هستند واکنش ها بر روی سطح صورت می‌گیرد. لازم به ذکر است که نانو پوشش‌های ساختمان آنتی باکتریال بوده و برای سلامتی انسان بی ضرر هستند.

نانو پوشش های سنگ و چوب

این نانو پوشش های آنتی باکتریال ، مقاوم در برابر آب ، هوا ، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب ، چربی و سایر آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ و چوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیر که خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس ، نقره ، شیشه و سرامیک می باشند و با توجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند ، اما در اکثر آن ها فاز حامل آب و الکل است و ذرات آنها تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد مقاوم هستند.

مزیت ها: پوشش سطوح منفذ دار ، حفظ تنفس سطوح ، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی ، امکان تمیز شدن لک ها از جمله ؛ چربی ها و روغن ها با آّب ، جلوگیری از ایجاد کپک ، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح ازتاثیرنم و کثیفی ها.

موارد مصرف

سطوح چوبی : نانو پوشش های سنگ و چوب ، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار و سطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی‌گیرند. در سطوح چوبی جلادار سه ماه پس از اعمال جلا مورد استفاده قرار می گیرند و برای سطوح چوبی رنگ شده از نانو پوشش‌های چند منظوره استفاده می شود.

سیمان های الیافی: ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه و کثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده در نمای ساختمان ها، کثیفی ها و کپک ها رامکیده و با تاثیر نورخورشید آنها را بخوبی در داخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها و کثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده از نانو پوشش های سنگ و چوب در نمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها ، باکتری‌ها و غیره به داخل ماتریس می شوند و ظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.

آجرها و سرامیک ها : درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود بر روی سطوح ساختمان‌ها باعث می شوند نمای ساختمان‌ها به مرور زمان رنگ سبز درختان را به خود گرفته و برای تمیز کردن آن ها می بایست از ابزار تمیز کننده با فشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر و راحت تر از قبل کثیفی ها را به خود جذب کنند در این گونه موارد نیز استفاده از نانو پوشش های سنگ و چوب ضروری به نظر می رسد.

ماسه سنگ ها و بتن گازی: بتن گازی و ماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند و اغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می‌روند، کثیفی ها و چربی ها را جذب کرده و ظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییر می کند. در این شرایط استفاده از تمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی‌باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش‌های سنگ و چوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ و ساختار اصلی سطح حفظ می‌شود.

کاشی ها و لوح های سنگی: استفاده از نانو پوشش های سنگ و چوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرور زمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.

شیشه : نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان و اتومبیل بیشترین کاربرد را دارند، در ادامه به برخی ازکاربرد های آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.

شیشه های خود تمیز شونده

این نوع نانو پوشش ها، با ضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده و آب جمع شده در سطح، در مقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب / هوا را برروی خود افزایش داده و بدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده و بخودی خود امکان تمیز شدن را بوجود می آورد.

نانو پوشش های استفاده شده بر روی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیز شوندگی از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانو ذرات TiO۲ موجود در این نانو پوشش ها دارای دو خاصیت است ؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است ، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا TiO۲ قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیر پس از گذشت چند هفته در شیشه ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده و سپس کثیفی‌های محیط را به صورت کاتالیتیک تجزیه نموده و از بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه ای باقی بماند سطح از کثیفی ها عاری شود.

شیشه های کنترل کننده انرژی: این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع در رنگ و سایر خصوصیات، قادرند با کاهش شدید امواج ماوراء بنفش و مادون قرمز عبوری و تنظیم عبور نور مرئی، در زمستان تا ۸۵ درصد و در تابستان تا ۸۰ درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده و در صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.

شیشه های محافظ در برابر آتش

شیشه های محافظ در برابر آتش نیز یکی دیگر از دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO۲) در میان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره و مقاوم دربرابر آتش می شود.

بتن

تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو در ساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکوپ های AFM ، SEM ، FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود.

نانو سیلیس ها ( SiO۲ )

با استفاده از نانو ذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داد که این به افزایش چگالی میکرو و نانو ساختارهای تشکیل دهنده بتن و در نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانو ذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی از H-C-S (کلسیم - سیلیکات - هیدرات) ، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، و نیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هر دوی این موارد دوام بتن را افزایش می‌دهند.

نانو لوله های کربنی ( CNT )

تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربرد های نانو لوله های کربنی در حال انجام است و تاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنها پنج برابر و استحکام آنها هشت برابر فولاد است. در صورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانو لوله های کربنی به صورت های تک جداره و یا چند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.)

نانو ذرات رس ( Nano-Clay )

برخی از انواع نانو ذرات درچسب های (ملات های binder) مختلف و نحوه تاثیر آنها بر روی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت از انتقال یون‌های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب و عمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی با وزن ملکولی پایین و نانوذرات رس (Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.

نانو ذرات اکسید آهن یا هماتیت ( Fe۲O۳)

درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را از طریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم ( TiO۲ )

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد. این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار (VOC) و غشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه‌ها اضافه می شوند. بتن حاوی TiO۲ دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می‌نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.

فولاد

فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت و ساز است. تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری‌های سطحی فولاد می کاهد و در نتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش و در نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می‌گیرد را محدود می سازد.

حسگرها

حسگرها ی مبتنی بر فناوری نانو نیز می‌توانند به نوبه خود کاربرد های زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت و دوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر؛ اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند؛ دما، رطوبت، غلظت کلر، PH ؛ دی اکسیدکربن، تنش، خوردگی میلگردها و ارتعاش طراحی شوند.