نانو در عمران ( مرجع )

[EN-EZEL 13039]

نانولولة کربني

 

نسل جديدي از کربن است که از مواد نانوکربني ساخته شده است. اين ماده که مستحکم‌تر از فولاد، سبک‌تر از آلومينيوم و رساناتر از مس است، کاربردهاي زيادي دارد که موارد کليدي آن شامل الکترونيک، حسگرها، مواد و مصالح ساختماني، پرکن‌ها ( Fillers ) و غيره است. مثلاً‌ اين ماده به‌عنوان پرکن در صنايع پلاستيک و رنگ به عنوان جايگزين کربن سياه استفاده مي‌شود که يکي از کاربردهاي رايج آن است.

 

 

خواص نانولوله کربني

 

 

خواص فلزي و شبه فلزي کربن نانوتيوب با تغيير در ساختار، به جاي تغيير در ترکيب بدست مي‌آيد. اين خواص ويژه در نانوالکترونيک کاربردهاي زيادي به وجود مي‌آورند.

 

 

از ديدگاه مکانيکي، کربن نانوتيوب ( CNT ) قوي‌ترين ماده‌اي است که تا به‌حال شناخته شده است. اين ماده بسيار مستحکم به شدت انعطاف‌پذير نيز هست به‌طوريکه قابليت خم شدن به شکل دايره و يا حتي گره‌خوردن را دارد. اين رفتار مکانيکي ويژه، علاقه‌مندي زيادي جهت استفاده از آن در مصالح ساختماني ايجاد کرده است. پتانسيل‌هاي استفاده از CNT هنوز قابل تامل و تعمق است.

 

 

کاربرد نانوتيوب در صنعت ساختمان

 

 

حداقل سه عرصة گسترده تحقيقاتي براي توليد محصولات مورد نياز ساختمان وجود دارد:

 

 

• به دليل خواص مکانيکي عالي CNT ، استفاده از آنها در زمينه‌هاي پليمر شيشه و ساختمان قابل توجه است.

 

 

• CNT به عنوان اجزاي ساخت سيستم‌هاي انتقال حرارت، به علت خواص ويژه هدايت حرارتي آن مورد توجه است.

 

 

• استفاده از CNT با طول زياد به شکل ريسمان، در پل‌هاي معلق کاربرد دارد.

 

 

مثلاً‌ در بتون، از گذشته تا حال، فايبرهاي فولادي (بتن آرمه) استفاده مي‌شده‌اند. بنابراين بتون، مستعد استفاده از کربن نانوتيوب است انتظار مي‌رود با استفاده از CNT به خواص بهتري در بتون دست يابيم.

 

 

دلايل رجحان نانولولة کربني عبارتند از:

 

 

• خواص ويژة مکانيکي هدايت حرارتي و الکترونيکي

 

 

• نسبت طول به قطر بسيار بالا (اگر قطر کربن نانوتيوب‌ها 1 نانومتر در نظر گرفته شود، طول، 1 هزار برابر قطر است در حالي که تلاش مي‌شود به طول‌هاي بيشتر دست يافته شود و پژوهشگران مستعد استفاده از کربن نانوتيوب است حتي به ابعاد سانتي‌متر هم رسيده‌اند.

 

 

3- اندازه کوچک فايبرها و قابليت پخش­شدن بالا در زمينة سيمان و بتن (تقويت‌کنندة عالي)

 

 

نانوتيوب‌ها با اجزاء و ترکيبات سيمان پيوند حاصل کرده و باعث کنترل مناسب سيستم سيمان مي­شوند.

 

 

جمع‌بندي:

 

 

با توجه به کاربردهاي بالقوه کربن نانوتيوب، نياز به اين ماده در صنايع داخلي ديده مي‌شود. صنعت ساختمان با توجه به زلزله‌خيز بودن ايران، يکي از صنايعي است که لزوم بهينه‌سازي ساخت‌وساز و مصالح ساختماني در آن مشاهده مي‌شود.

 

 

کشور ايران در تامين منابع اوليه توليد کربن نانوتيوب غني است و از طرف ديگر تحقيقات زيادي تا به امروز در سطح جهان در اين زمينه انجام شده است. در بسياري از نقاط جهان اين ماده به صورت تجاري توليد مي‌شود ولي همچنان تحقيقات براي رسيدن به خلوص بالا و نسبت طول به قطر بيشتر ادامه دارد.

 

 

آنچه تاکنون روشن شده اين است که رسيدن به خلوص بالا و طول بلند، براي کربن نانوتيوبي که در سيمان و بتون استفاده مي­شود، در اولويت نيست؛ در همين شرايط موجود هم استفاده از آنها خواص بسيار مطلوبي حاصل مي‌کنند و نوع ناخالص آن نيز مي‌تواند اثر معجزه‌آسايي در مصالح به‌عنوان تقويت‌کننده ساختماني داشته باشد.

[EN-EZEL 13039]

كاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

 

خلاصه

 

مواد نانو (Nanoparticular) به موادي گفته مي شود كه حداقل يكي ازابعاد آن (طول , عرض , ضخامت ) زير 100nm باشد . مواد نانو ساختار با توجه بهرفتارهاي بارزي كه از خود نشان داده اند مورد توجه بخش صنعت و دانشگاه در دهه هاياخير قرار گرفته اند . در اين ميان صنعت ساختمان با توجه به نيازهاي خود چه از نظراستحكام , مقاومت و دوام و نيز كارايي بالا از استفاده كنندگان مهم مواد نانوساختار (Nanostructure Materials ) به شمار مي رود

مقدمه:

مواد نانو به عنوان موادي كهحداقل يكي از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زير 100nmباشد تعريف شده اند ،يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است . به طوركلي ،در يك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو مواد را مي توان به صورت هاي زير بيانكرد : · فيلمهاي نانو لايه ( Nano Layer Thin Films ) براي كاربردهاي عمدتاًالكترونيكي · نانو پوششهاي حفاظتي (Nano Coating ) براي افزايش مقاومت در برابرخوردگي ، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي · نانو ذرات به عنوان پيش سازنده (Precursor) يا اصلاح ساز (Modifier) پديده هاي شيميايي و فيزيكي · نانو لوله ها (Nanotubes) منظور از يك ماده نانو ساختار يا واضح تر يك بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدي است كه در آن انتظام اتمي ، اندازه كريستالهاي تشكيلدهنده و تركيب شيميايي در سراسر بدنه در مقياس چند نانو متري گسترده شده باشد .

خواص فيزيكي و شيميايي مواد نانو (در شكل و فرمهاي متعددي كه وجوددارند ازجمله ذرات ، الياف ، گلوله و . . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپي تفاوت اساسيدارند . تغييرات اصولي كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواصجديد آنها در سطح مقياس نانو مي باشد .

هدف نهايي از بررسي مواد در مقياس نانو، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكرد بالا مي باشد ، كه آنها را مي توانبه عنوان مصالحي با عملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چندمنظوره ، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي مي باشد به گونه اي كهمصالح بتوانند كاربردهاي گوناگوني را ارائه نمايند .

در مطالب بعدي كه خواهدآمد مواد نانو ساختاري معرفي خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودن چنين موادي ميتوانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازي و صنايع وابسته به آن ايجاد كنند

2. مواد نانو كمپوزيت :

مواد نانو كمپوزيت برپايه پليمر (ماتريس پليمري ) اولين بار در سالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژيسول- ژل(Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو كاني درونماتريس پليمر استفاده شده است .

هرچند تحقيقات انجام شده در دو دهه گذشته برايتوسعه تجاري اين مواد توسط شركت تويوتا در ژاپن در اواخر سالهاي 80 صورت گرفته است، ولي رشته نانو كمپوزيت پليمر هنوز در مرحله جنيني و در آغاز راه مي باشد .

دراين شرايط نانو آلومينا ، بهترين ساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميكنويد مي دهد . زيرا كاربرد اين مواد پديده اي است كه از نظر مكانيكي ، الكتريكي وخواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و در رشته هاي مختلف كاربرد دارد . ازجمله مي توان به چند نمونه اشاره كرد : · تكنولوژي نانو فلز آرتونايد كه اخيراً بهطور تجاري ، الياف نانويي آلومينا ، انقلابي در رشته سراميك بوجود آورده است . · ذرات نانويي غير فلز مانند : نانو سيليكا ، نانو زيركونيا و مواد ديگر اصلاح كنندهسراميك ها مي باشد.

3. بتن با عملكرد بالا (

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

HPC) :

يكي از چالشهايي كه در رشته مصالحساختماني بوجود آمده است ، بتن با عملكرد بالا(HPC ) مي باشد . اين نوع بتنمقاوم از نوع مصالح كامپوزيت بوده و از نظر دوام جزو مصالح كامپوزيت و چند فازيمركب و پيچيده مي باشد . خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي به نانو ساختار مادهزمينه بتن و سيماني دارد كه چسبندگي ، پيوستگي و يكپارچگي را بوجود مي آورد .

بنابراين ، مطالعات بتن و خمير سيمان در مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختمانيجديد و كاربرد آنها بسيار حائز اهميت مي باشد . روش معمولي براي توسعه بتن باعملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلحبا انواع مختلف الياف مي باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوامو خواص مكانيكي بهتر ، بتن با عملكرد بالاي چند منظوره (MHPC) خواص اضافهديگري را دارا مي باشد ، از جمله مي توان به خاصيت الكترو مغناطيسي ، و قابليت بهكار گيري در سازه هاي اتمي (محافظت از تشعشعات ) و افزايش موثر بودن آن در حفظانرژي ساختمانها و ... را نام برد.

[EN-EZEL 13039]

نانو سيليس آمورف :

در صنعت بتن ، سيليس يكي از معروفترين موادي است كه نقش مهمي درچسبندگي و پر كنندگي بتن با عملكرد بالا (HPC) ايفا مي كند .

محصولمعمولي همان سليكيافيوم يا ميكرو سيليكا مي باشد كه داراي قطري در حدود 1/0 تا 1ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليس حدود 90% مي باشد . مي توان گفت كه ميكروسيليكا محصولي است كه در محدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايش عملكردكامپوزيت مواد سيماني به كار برده مي شود .

محصول نانو سيليس متشكل از ذراتيهستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطر كمتر از 100nmيا بصورت ذرات خشكپودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي باشند ، كه مايع آن معمول تريننوع محلول نانو سيليس مي باشد ، اين نوع محلول در آزمايشات مشخص در بتن خودتراكم(

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

SCC) به كار گرفته شده است . نانو سيليس معلق كاربردهاي چندمنظوره از خود نشان مي دهد مانند :

· خاصيت ضد سايش

· ضد لغزش

· ضد حريق

· ضد انعكاس سطوح

آزمايشات نشان داده اند كه واكنش مواد نانو سيليس (Colloidal Silica ) باهيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكرو سيليكا بسيار سريع تر انجام گرفته و مقداربسيار كم اين مواد همان تاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميكرو سيليكا را در سنيناوليه دارا مي باشد .

تمام كارهاي انجام يافته بر روي كاربرد مواد نانو سيليسكلوئيدي (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ريولوژي ، كار پذيري ومكانيكي خمير سيمان بوده است . آنچه كه در اينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانوسيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومتر مي باشد.

5. نانو لوله ها : (NANOTUBES)

همان گونه كه در مقدمه مقالهمطرح شد معمولاً الياف براي مسلح كردن و اصلاح عملكرد مكانيكي بتن بكار برده ميشوند . امروزه از الياف فلزي ، شيشه اي ، پلي پروپلين ، كربن و . . . در بتن برايمسلح كردن استفاده مي شود و ليكن تحقيقات روي بتن مسلح شده توسط نانو لوله كربني (Carbon Nanotubes ) انتشار نيافته است تا بتوان از نتايج آن براي مسلحكردن بوسيله نانو لوله ها استفاده كرد .

نانو لوله كربني توسطLIJIMAدرسال 1991 كشف شده است و كارهاي بسياري بر روي ساختار نانو در بخش فيزيك كوانتومانجام يافته است بطوري كه تحقيقات نوين بر روي تكنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهانينقش اساسي و اصلي بازي مي كند . كربن 60 و نانو لوله هاي نوين داراي ساختاري هستندكه آنها را از فولاد قوي تر و بسيار سبك مي كند بطوريكه مي توانند خميدگي و كشش رابدون شكستن تحمل نمايند و در آينده جايگزين الياف كربن خواهند شد كه در كامپوزيت هابه كار برده مي شوند .

نانو لوله ها با توجه به تحقيقات انجام شده در مركزتحقيقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ايران ) ، داراي مقاومت كششي بيش از هر نوعالياف بتني شناخته شده مي باشند و نيز نانو لوله ها خواص ويژه قابل ملاحظه حرارتي والكتريكي از خود نشان مي دهند ، بطوريكه هادي بودن حرارت آنها بيش از دو برابرالماس و هادي بودن الكتريكي آنها در حدود 1000 برابر فلز مس مي باشد .

نانولوله ها طبقه جديدي از محصولات مي باشند كه انقلابي جديد در زمينهمصالح و موادپيشرفته را بوجود آورده اند . يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره ميتوانند به عنوان نانو لوله هاي كربني در نقش الياف مسلح كننده مناسب آن مواد مورداستفاده قرار گيرند . بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي بدست آوردن هدفاصلي ذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختماني با عملكرد بالاي چند منظوره , بازي ميكنند.

6. نتيجه گيري:

منظور از مقالهارائه شده نشان دادن مصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوع مواد درصنعت ساختمان مي باشد ، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه هاي فراوانيبراي كارهاي نظري و عملي در دانشگاههاي كشور وجود دارد كه اميد است كه با معرفيمصالح با ساختار نانو راه براي گامهاي بلندتر در اين زمينه باز شود.

7.شكر و قدرداني :

از زحمات و مساعدت هاي استادگرانقدرم جناب آقاي دكتر صادقي كه در طول نوشتن مقاله از هيچ كوششي در كمك به بندهدريغ نكردند كمال تشكر و قدرداني مي شود

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

High Performance Concrete

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

Self Compacting Concrete

منبع : www.nano.ir

www.Hamkelasy.com

[EN-EZEL 13039]

تاريخچه نانو

 

تاریخچه

 

 

در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“

 

با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه‌ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است كه کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است.

 

به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است.در سال 2005 ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می‌رسید. بنابراین صنعت آسفالت-قیر به یک تحول نیاز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوری نانو را دیده و مزایای آن را درک نمایند.

 

دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل بزرگراه‌های فدرال (FHWA)، می‌گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می‌افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می‌گذارند.“

بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می‌تواند به طور خود به خودی ترک‌ها را اصلاح نماید، قبلاً تولید شده است. این پیشرفت قابل ملاحظه با استفاده از یک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و یک آغازکننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی ایجاد شده است.

 

یک ترک در حال ایجاد موجب گسستن میکروکپسول‌های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می‌چسباند.

 

این روش می‌تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک‌های خود را اصلاح می‌کند. لیوینگستون می‌گوید: ”هیچ‌کس نمی‌تواند برای رشد این فناوری زمانی را پیش‌بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت‌های موجود بسیار هیجان‌آور می‌باشند.“

 

با این حال، برای استفاده‌کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، یا نبود تأخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی‌های جدی آنها را برطرف نمی‌سازد.

 

محیط زیست عامل اصلی تأثیرگذار در فرایند تصمیم‌گیری برای پروژه‌های بزرگراه در بسیاری از کشورها است. مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده‌ها از دیدگاه زیست‌محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش مهم از فرآیند تصمیم‌گیری است. دیدگاه‌های زیست‌محیطی موجب تسریع پیشرفت‌های فنی و اجتماعی می‌شوند. نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم‌تر از تمام پیشرفت‌های علمی می‌باشند.

 

یکی از این اهداف بستن چرخه مواد یا استفاده صد در صدی از مواد قابل بازیافت در ساخت جاده است. صنعت در این زمینه تجربه زیادی در مورد استفاده از محصولات فرعی در آسفالت به دست آورده است.

 

مثال‌هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شیشه‌دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌های شهری، خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر‌های خرد شده، پلاستیک حاصل از سیم‌های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه.

 

با این حال، استفاده موفقیت‌آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در زمینه منابع و ویژگی‌های آنها بوده و معمولاً در سطح پایینی قابل انجام است. در این حالت امکان بررسی پیوسته عملکرد آسفالت نیز وجود دارد که خود موضوعی مورد بحث است.

 

با این حال، مطابق گفته‌های مارك بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت‌سازی آرام آریزونا، حمایت عمومی - نه تحقیقات علمی- کلید توسعه صنعت تولید آسفالت با استفاده از محصولات فرعی است.

 

پرژه آریزونا ارزشی معادل 34 میلیون دلار داشته و در همین سال به پایان خواهد رسید. این پروژه تقریباً 70 درصد (185 کیلومتر)آزادراه ناحیه فونیكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولانی صدای ناشی از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.

 

آسفالتِ دارای لاستیک تنها درصد بسیار کم و تقریباً بی‌اهمیتی از درآمد صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می‌دهد، اما بلشه می‌گوید که با افزایش رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت.

 

به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل مجموعه‌ای از تولید‌کنندگان تایر و شرکت‌های آسفالت‌سازی می‌باشد، یک اتصال‌دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تایرهای کهنه‌ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده‌اند، تولید می‌شود. این اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می‌شود.این ماده می‌تواند به عنوان یک ماده الاستیک مابین مواد متراکم دیگر عمل نموده و از این طریق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومی به این محصول بسیار خوب است.

 

بلشه می‌گوید: ”افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده‌اند، همواره سعی کرده‌اند که آن را به دلیل ویژگی‌های مهندسی بسیار عالی‌اش به فروش برسانند. امّا بیش از هر چیز این محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت این قضیه، استقبال عمومی قرار دارد.“

 

وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) سه سال پیش یک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استیشن در ناحیه آریزونا به کار برد. بلشه می‌گوید كه به محض اتمام آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن‌ها و ایمیل‌ها را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم‌صداتر حکایت داشت.

 

البته همه چیز آسفالت لاستیک کامل نیست. این مخلوط باعث ایجاد بخار و بو در فرآیند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازیافت بودن آن بحث وجود دارد. این آسفالت نسبت به آسفالت‌های معمول بسیار گران‌تر بوده و آسفالت‌کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که باید در یک بازه دمایی معین انجام شود، دچار مشکل باشند.

 

ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومی درست باشد، اما روی دیگر سکه این است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عین حال دارای اثرات زیست‌محیطی کمتر، افزایش یافته است. این امر باعث تمرکز بیشتر تحقیقات بر روی مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.

افزایش عمومی در میزان حمل و نقل، بار بیشتر بر روی محور، و فشار بیشتر تایر بر روی جاده، تقاضا برای آسفالت‌های قوی‌تر وبادوام‌تر را افزایش می‌دهد. حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می‌باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل برای تعمیرات جاده‌ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای تحقیق و توسعه مؤثر می‌گردد.

[EN-EZEL 13039]

اعجاز فن آوري نانو در ضد آب كردن مصالح ساختماني

 

اعجاز فن آوري نانو در ضد آب كردن مصالح ساختماني (عمر طولاني، صرفه اقتصادي و سازگاري با محيط زيست)

 

 

 

خلاصه :

 

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، بويژه در اثر واكنش هاي آلكالي سيليكا ( ASR )، 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 00018،0 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

 

مانع ايجاد كردن در برابر نمك هاي محلول در آب، بويژه نمك هاي كلريد

 

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

»

مقاومت در برابر اشعه فرابنفش (20 سال به بالا)

[EN-EZEL 13039]

دو نوع از محصولات ضد آب سازي وجود دارد :

 

»

پوشش دهنده ها

»

نفوذ كننده ها

 

 

 

 

پوشش دهنده ها :

 

مسائل اقتصادي و راحتي استفاده باعث كابرد گسترده ضدآب كننده هاي پوششی شده است. در سطح دنيا محصولاتي چون رنگ هاي آكلريكي و پليمرهاي سيليكوني معمولاً براي ضد آب كردن استفاده مي شوند. اندازه ذرات اين پوشش دهنده ها بيش از 100 نانومتر است كه اين مسئله باعث مي شود نتوانند به داخل منافذ مصالح ساختماني نفوذ كنند، بلكه لايه اي ايجاد كنند كه سطح را بپوشانند و مانع جذب آب شود. اين لايه هاي پليمري عموماً آب گريز هستند ولي بايد آن ها را به شكل متوالي استفاده كرد، نبايد آسيب ببينند و بايد در مقابل اشعه فرابنفش هم مقاوم باشند. اطمينان پيدا كردن از روكشي مداوم روي سطح سخت در حين استفاده آسان نيست و اين مسئله باعث ايجاد نقاط ضعيف در پوشش مي شود. احتمال ترك خوردگي تمام انواع لايه هاي پليمري معمولي در برابر اشعه فرابنفش وجود دارد كه اين خود باعث ترك خوردگي پوشش در طول 5-2 سال مي شود و با از دست دادن خاصيت دافعي آب، ضد آب سازي بي نتيجه مي ماند.

 

نفوذ كننده ها :

 

بيشتر نفوذ كننده ها پايه حلالی هستند و موادی مونومري محلول با اندازه كوچكتر از 6 نانومتر مي باشند. اين مواد به منافذ و شبكه هاي آن ها نفوذ مي كنند. دو نوع نفوذ كننده وجود دارد: 1) واکنشی 2) غير واکنشی. نفوذ كننده هاي غير واكنشي روغن ها و ديگر مواد آب گريز با چسبندگي پايين هستند كه منافذ سوبسترا را پر مي كنند و خاصيت آب گريزي ايجاد مي كنند. اين نوع مصالح در طبيعت تجزيه پذيرند و در يك سال آب گريزي خود را از دست مي دهند. همچنين اين محصولات فراهم كننده غذاي قارچ و كپك هستند. نفوذ كننده هاي واكنشي با سوبسترا واكنش شيميايي مي دهند و براي سطح عمل شده آب گريزي در سطح مولكولي ايجاد و 5-3 ميليمتر در داخل سوبسترا نفوذ مي كنند. بنابراين محافظتي كه اين نوع محصولات ضد آب سازي ايجاد مي كنند بسيار طولاني مدت مي باشد. علاوه بر اين عوامل جوي (اشعه فرابنفش) و فرساينده هاي طبيعي تقريباً هيچ تأثيري روي آن ها ندارند و در نتيجه تاثير بر ويژگي ضد آبي بسيار محدود است. جدول 1 ويژگي هاي محصولات ضد آب سازي موجود در بازار را به شكل خلاصه نشان مي دهد.

 

 

 

داده ها به وضوح نشان مي دهند كه محصولات ضد آب سازي با پايه سيلان براي كاركرد طولاني مدت مناسب اند. سيلان ها و سيلان/سيليكون ها بعنوان دسته اي جديد از محصولات ضد آب سازي شناخته شده اند. اين محصولات كه 30سال است در اروپا و آمريكا مصرف مي شوند، تنها در چند سال اخير در هندوستان در دسترس بوده اند

كاركرد طولاني مدت تركيبات ضد آب سازي تركيبات سيلان پايه حلالی ثابت شده است و به شكل بسيار گسترده در اروپا و آمريكا بكار مي روند. انواع آلكيل سيلان ها كه براي ضد آب كردن استفاده مي شوند به اين نام ها شناخته مي شوند:

 

 

الف )

Isobutyltrialkoxysilane

ب)

n-octyltrialkoxysilane

 

 

 

 

سيلان ها موادي منومري هستند. محصولات استفاده شده براي ضد آب كردن به آلكيل آلكوكسي سيلان معروف اند. آلكيل آلكوكسي سيلان ها دو گروه دارند: الف) گروه آلكيل ( R’ ) و ب) گروه آلكوكسي ( OR ) كه با بيشتر مصالح ساختماني واكنش

پذيرند

 

 

بيشتر مصالح ساختماني گروه هيدروكسيل ( OH ) دارند. اين گروه هاي OH مي توانند با گروه هاي آلكوكسي سيلان واكنش دهند و با سوبسترا پيوند هاي سيلوكسان دائمی تشكيل دهند. گروه آلكيل در سطح، آب گريزي ( دفع آب ) ايجاد مي كند. بنابراين اين نوع محصولات با اصلاح ويژگي هاي سطح از آب دوست به آب گريز ميل به دفع آب ايجاد مي كنند.

 

 

 

با وجود عملكرد برتر سيلان، استفاده از آن در سطح دنيا بعلت قيمت بالا، بسيار محدود است. همچنين آتش زا و سمي بودن حلال محدوديت هايي در استفاده آسان از اين محصول ايجاد مي كند.

 

اخيراً شركت صنايع زايدكس در هندوستان محصولي ضد آب كننده به نام زايكوسيل توليد كرده است كه تمامي سه ويژگي مطلوب را دارد: بر پايه فن آوري نانو استوار است. در سوبستراي غير آلي، آب گريزي در سطح مولكولي ايجاد مي كند، به اين علت كه در محلول آب استفاده شده است با محيط زيست سازگار است. همچنين مقدار VOC در هر متر مربع در مقايسه با سيلان هاي پايه حلالي 20% کمتر است. اين محصول بر اساس شيمي ارگانو سيليكون ساخته شده است و بنابراين با سطح سوبستراي غير آلي واكنش مي دهد و عمري طولاني معادل 20 تا 30 سال ايجاد مي كند

 

فن آوري نانو بر پايه آب و سازگار با محيط زيست- زايكوسيل :

 

زايكوسيل محصولي ارگانو سيليكون است كه اندازه ذره اي معادل 6-4 نانومتر در آب تشكيل مي دهد و به عمق 5-3 ميليمتري منافذ مصالح ساختماني نفوذ مي كند. محصول بخشي از مصالح ساختماني مي شود و آن را به شدت دافع آب مي كند.

 

اين محصول 4 ويژگي بارز دارد :

 

 

»

عمر طولاني 20 تا 30 ساله كه نتايج آزمايشات عوامل جوي بر اساس روش هاي ASTM هم اين را ثابت كرده اند.

»

به نسبت 1:10 در آب و حتي بيشتر در آب لوله كشي حل مي شود و مقدار بسيار كمي مواد زيستي به جو وارد مي كند، بنابراين با محيط زيست سازگار است.

»

محصول را مي توان بوسيله برس، افشانه و غلتك استفاده كرد، بنابراين كار با آن راحت است.

»

محصول مي تواند با هزينه اي معادل 6000 تا 15000 ريال براي هر متر مربع، سطح را ضد آب كند.

»

محصول قابل اشتعال نيست.

 

 

 

 

 

آزمايش سطح عمل شده با زايكوسيل

 

 

 

آزمايش رايلم :

 

لوله رايلم به سطح سوبسترا متصل و آب تا نشان 5 ميلي ليتر پر شد. كاهش سطح آب در مدت بيست دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. فشار هيدروليك توليد شده بر سطح معادل باد و باراني باسرعت 140 كيلومتر بر ساعت بود.

 

سطح آب در طول 24 ساعت در سطح عمل شده بلوك سيماني افت نداشت. آب در بلوك سيماني عمل نشده بعد از 20 دقيقه تا نشانگر 5/2 ميليمتر پايين آمد. آزمايش رايلم براي سنجش سرعت جذب آب هم بكار مي رود. سرعت هاي جذب آب محاسبه و با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.

 

نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل ( آجر، بتن، ورقه سيماني،آستر سيماني، سنگ Dholpur و غيره) سرعت جذب آب را به بيش از 99% كاهش دادند.

 

عوامل جوي تسريع شده

چرخه عوامل جوي: قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش بر اساس استاندارد ASTM G-154 (21 ساعت) و به دنبال آن بارش شديد باران ( 1 ساعت ) و خشك شدن در دماي 110 درجه سانتيگراد ( 2 ساعت ).

 

نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل شامل بلوكه بتني، آجر، آستر سيماني، ماسه سنگ و ورقه سيماني را از 80 چرخه گذراندند

 

تمامي نمونه ها بيش از % 98 آب گريزي خود را پس از 80 چرخه حفظ كردند.

 

آزمايش جذب آب

 

اين آزمايش بر اساس روش ASTM 6489 انجام شد. وزن نمونه هاي عمل شده با زايكوسيل تا نزديك 0.01 گرم اندازه گرفته شد و سپس سطوح نمونه هاي عمل شده در ظرفی حاوی چند اينچ آب لوله كشي به مدت 24 ساعت قرار گرفتند. سپس نمونه ها از آب خارج و با حوله خشک شدند و وزن آنها دوباره اندازه گرفته شد. وزن اوليه و نهايي براي محاسبه ميزان جذب آب در 24 ساعت اندازه گرفته شده و اين مقادير با نمونه هاي عمل نشده مقايسه شدند.

 

نمونه عمل شده با زايكوسيل بيش از % 90 كاهش جذب آب نشان داد.

[EN-EZEL 13039]

فناوری نانو در صنعت ساختمان

 

فناوری نانو در صنعت ساختمان

فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه وبتن ایفا می کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن ها نانولوله های کربنی(CNT (و دی اکسید تیتانیوم(TiO2) 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 وخارجی ساختمان ها نیز از اهمیت ویژه ای برخورداراست. نانو پوشش ها ی ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را به حداقل می رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعهUV مقاوم می سازند. این نانو پوشش ها در سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی ، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار می روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل کننده انرژی ودر نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل ازعلم نانوکه باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمان های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده وبه آنهاعمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن وفرسودگی می بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو براین باورند که بعد از تولید ماشین های بخار، موتور وتوسعه IT ، فناوری این علم افق های تازه ای رابه دنیای انسان ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، قادراست مواد را تا اندازه ای کوچک کند که با دوباره سازی آن ها بتوان مواد وفنآوری های جدیدی را به دنیا عرضه نمود.

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

فناوری نانو وپوشش های ساختمانی

نانو پوشش های ساختمان درسطوح داخلی وخارجی ساختمان ها ازجمله: 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 آبگریزهستند واکنش ها برروی سطح صورت می گیرد. لازم به ذکر است که نانوپوشش ها ساختمان آنتی باکتریال بوده وبرای سلامتی انسان بی ضررهستند.

تاثیر لوتوس

نانو پوشش های سنگ وچوب

این نانو پوشش ها ی 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 وسایرو آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا 300 درجه سانتيگراد مقاوم هستند.

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

موارد مصرف

سطوح چوبی

نانوپوشش های سنگ وچوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود.

سیمان های الیافی

ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی هاوکپک ها رامکیده وباتاثیر نورخورشید آنها رابخوبی درداخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها وکثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب درنمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند وظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.

آجرها وسرامیک ها

درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته وبرای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزارتمیزکننده بافشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد.

ماسه سنگ ها و بتن گازی

بتن گازی وماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود.

کاشی ها و لوح های سنگی

استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.

شیشه

نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل 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، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/ هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود مي آورد.

نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات TiO2 موجود در اين نانو پوشش ها داراي دو خاصیت است ؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا TiO2 قادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیرپس ازگذشت 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 وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه ای باقی بماند سطح ازکثیفی ها عاری شود.

شیشه های کنترل کننده انرژی

این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا 85درصد ودر تابستان تا 80درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.

شیشه های محافظ در برابر آتش

شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود.

بتن

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

نانوسیلیس ها(SiO2)

با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی ازH-C-S(کلسیم- سیلیکات - هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.

نانولوله های کربنی (CNT)

تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهای نانولوله های کربنی در حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است. درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.

نانولوله کربنی تک جداره

نانو ذرات رس (Nano-Clay)

برخی از انواع نانوذرات درچسب های (ملات های binder) مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس(Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.

نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت(Fe2O3)

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

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2)

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 وتجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار(VOC) وغشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند. بتن حاویTiO2 دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.

فولاد

فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز 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.

حسگرها

حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت ودوام 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 وارتعاش طراحی شوند.

[EN-EZEL 13039]

آماري از بازار مواد نانوذره

 

نانوذرات مواد نسبتاً گراني هستند؛ در حال حاضر قيمت انواع نانوپودرهاي توليدي در مقياس ده دلار تا چند صد دلار بر كيلوگرم قرار مي‌گيرند. بسته به حجم توليد، نوع ماده، خصوصيات پودر (اندازه ذرات، توزيع اندازه و خلوص)، روش توليد و عمليات‌هاي قبل از توليد، قيمت اين مواد متفاوت است. نانوذرات و محلول هاي كه از اين مواد براي كاربردهاي دارويي، توليد مي‌شوند حتي ممكن است قيمتي بالاتر از اين هم داشته باشد. متن زير برگرفته از بولتن انجمن سراميك آمريكا است كه تحليلي در مورد بازار اين محصولات ارايه داده است

تاريخچه تحليل بازار مواد نانو ساختار

 

 

در سال 1997، شركت Co Business Communication يا BCC يك مطالعه فني اوليه از بازار مواد نانوذرات ارايه كرد. در اين گزارش كه با عنوان"رويكرد به مواد نانوذره" ارايه شد، براي اولين بار، تصويري از صنعت نانومواد ترسيم شد. در اين گزارش، بازار مواد نانوذره آمريكا در سال 1996، حدود 41ميليون دلار ارزيابي شده و پيش‌بيني آن براي بازار سال 2001، حدود 148 ميليون دلار بود كه رشدي معادل 29.2درصد از سال 1996 تا 2001 نشان مي داد.

 

بعد از انتشار اولين گزارش، صنعت نانومواد شاهد تغييرات زيادي بود؛ ورود داوطلبان جديد به اين تجارت، افزايش تلاش ها در اين زمينه، تدوين استراتژي‌هاي جديد تجاري و ايجاد مزاياي تكنولوژيكي، باعث شد تا BCC نگاه ديگري به اين صنعت و پتانسيل‌هاي موجود در بازار اتخاذ كند.

 

در اين گزارش، BCC كاربردهايي كه براي نانوذرات متصور شده، به سه بخش زير تقسيم شده است:

 

الف) الكترونيك، اپتوالكترونيك و كاربردهاي مغناطيسي: از جمله شامل استفاده در پوليش هاي مكانيكي– شيميايي (CMP)، پوشش هاي هادي، وسايل ضبط مغناطيسي، فيبر نوري و پيل هاي خورشيدي.

 

ب) بيوپزشكي، دارويي و بهداشتي: كاربردهايي شامل آنتي ميكروبيال، محلول هاي كنتراست MRI و محلول هاي دارويي.

 

ج) انرژي و كاتاليست ها: كاربردهايي شامل پيل هاي سوختي، پوشش ها، فتوكاتاليست ها.

 

اين گزارش،‌ 24 حوزه از كاربردهاي فعلي و آينده براي نانوذرات ارايه مي دهد كه در هر گزارش، اطلاعات بازار و پيش‌بيني آن بر اساس دلار آمريكا و حجم مصرفي نانو ذرات (بر حسب kg) ارايه شده است.

 

اطلاعات به‌دست آمده شامل اطلاعات استخراج شده از نظرسنجي ها و گزارش هاي مستند بوده است؛ بيش از150 نفر از اعضاي هيأت رييسه صنايع مختلف، مهندسان، مديران، محققان و فروشندگان از شركت‌ها و مراكز تحقيقاتي كه در توليد، گسترش و يا استفاده از مواد نانوذره نقش داشتند، در اين نظرسنجي ها شركت كردند.

 

گزارش هاي مستند شامل گزارش كامل اختراعات ثبت شده، بانك هاي اطلاعاتي دولت، مجلات تجاري و علمي، اسناد كمپاني‌ها، اخبار BCC و مجموعه مقالات كنفرانس‌ها بودند كه مورد بررسي قرار گرفت و نهايتاً نتايج در قالب اين گزارش جمع بندي گرديد.

 

نتايجي از تحليل بازار

 

 

 

كل بازار جهاني براي مواد نانوذره در سال 2000 به 492.5ميليون دلار رسيد و انتظار مي‌رود كه تا سال 2005 به 900.1ميليون دلار برسد. اين ارقام، رشد ميانگين سالانه 12.8 درصد را در 5 سال آينده نشان مي‌دهد. كاربردهاي نانوذرات در الكترونيك، مغناطيس و اپتوالكترونيك، در سال 2000 بيش از 67.7 درصد كل بازار را به خود اختصاص داد.

 

كاربرد نانوذرات در بيوپزشكي، مواد دارويي و آرايشي، حدود 19.7درصد كل بازار و كاربردهاي اين مواد در انرژي و كاتاليست ها، حدود 12.7 درصد بازار را از آن خود كرد. تا سال 2005، روند فروش اين مواد در بازار براي كاربرد هاي ذكر شده بالا به ترتيب به صورت 74.2درصد، 16.1درصد و 9.7درصد پيش‌بيني شد.

 

 

 

نمودار بازار هاي جهاني نانوذرات با درصد كاربردهاي آن. (بازار كل سال 2002، 492.5 ميليون دلار بود. انتظار مي رود تا سال 2005 اين مبلغ به 900.1 ميليون دلار برسد .( ) انرژي و كاتاليستها؛ () بيوپزشكي، دارويي و بهداشتي و () الكترونيك، مغناطيس و اپتوالكترونيك.)

[Ali.Akbar 9300]

سازمان بين‌المللي استانداردها يك متر را بدين گونه تعريف كرده است:

طولي كه توسط نور در خلأ در بازه زماني 29979457/1 ثانيه طي مي‌شود، يك متر مي‌باشد ويك نانومتر 10-9متر مي‌باشد.

با ايجاد ارتباط ميان اندازه اتم‌ها و مقياس نانو مي‌توان يك نانومتر را راحت‌ترتصوركرد. يك نانومتر برابر قطر 10 اتم هيدروژن و يا 5 اتم سيلسيم مي‌باشد. درك اين موضوع براي افراد معمولي نيز راحت‌تر مي‌باشد.

همچنين :

 

يک نانو متر يک ميلياريم متر است.

يک گلبول قرمز داراي عرض تقريبي هفت هزار نانومتر است.

يك مولكول آب داراي قطري حدود 1 نانو متر است.

اندازه مولكول پروتئينها بين 1 تا 20 نانومتر است .

طبق تعاريف مقياس طولي بين 1 نانومتر تا 100 نانومتر را مقياس نانو مي گويند

[anthonio montana 3249]

كاربرد فناوري نانو در ساختمان‌سازي و ريسک‌هاي آن:

 

صنعت ساختمان سازي از صنايعي است که فناوري نانو مي‌‌تواند در آن کاربرد زيادي داشته باشد. انتظار مي‌رود تا سال 2012 بازار حسگرهاي فناوري نانو به رقم 17/2ميليارد دلار برسد. به زودي حسگرهاي ارزان قيمت براي کنترل لرزش‌ها، پوسيدگي‌ها وديگر ملاحظات عملکردي در ساختمان‌سازي، وارد بازار خواهند شد. با افزايش کاربردهاي فناوري نانو در ساختمان‌سازي و پيامدهايي که اين کاربرد‌ها بر روي سلامت انسان و زندگي خصوصي افراد دارد، بررسي ريسک‌هاي مرتبط با اين کاربرد هاامري ضروري است.

 

طبق برآوردهاي انجام شده تجهيزات ساختماني سالانه 1000 ميليارد دلار درآمد ايجاد مي‌نمايند. صنعت مربوط به تجهيزات ساختماني يكي از صنايعي است كه فناوري نانو و نانومواد مي‌توانند در آن كاربرد وسيعي داشته باشند. در حال حاضر فناوري نانو در برخي محصولات و تجهيزات ساختمان‌سازي مانند پنجره‌هاي خود تميزشونده و صفحات خورشيدي منعطف براي رنگ‌آميزي ساختمان‌ها، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. البته كاربردهاي بسياري؛ مانند بتن‌هاي خود ترميم شونده، مواد ضد اشعه uv و ir، پوشش‌ ضدمه و سقف‌ها و ديوارهاي منتشر كننده نور نيز در حال توسعه مي‌باشند.

 

امروزه حسگرهاي توانمند فناوري نانو قادرند درجه حرارت، رطوبت و ذرات سمي معلق در هوا را كنترل كنند. تا سال 2012 انتظار مي‌رود بازار حسگرهاي فناوري نانو به 17/2ميليارد دلار برسد. به زودي حسگرهاي ارزان‌قيمت براي كنترل لرزش‌ها، پوسيدگي‌ها و ديگر ملاحظات عملكردي در ساختمان‌سازي ، وارد بازار خواهند شد. فناوري نانو به سرعت باطري‌ها و وسايل بدون سيم مورد استفاده در اين حسگرها را بهبود مي‌دهد. در آينده‌اي نه چندان دور حسگرها در ساختمان‌ها، جمع‌آوري اطلاعات درباره محيط و كاربردهاي ساختمان‌سازي، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. عناصر تشكيل‌دهنده ساختمان‌ها و بناها، هوشمند خواهند شد. البته نانوحسگرها و مواد ساختمان‌سازي نانويي سئوالاتي را براي طراحان، سازندگان، مالكان و استفاده‌كنندگان از ساختمان‌ها ايجاد كرده است. اما آنچه كه بديهي به نظر مي‌رسد اين است كه ساختمان‌ها، هوشمند مي‌شوند و نانومواد به عنوان يکي از عناصر اصلي ساختمان مد نظر قرار مي‌گيرد.

 

 

ريسك‌هاي مربوط به سلامتي و محيط زيست:

بدون شك ساختمان‌ها يكي از حوزه‌هاي اصلي تماس انسانها با نانوذرات از طريق تنفس يا جذب از طريق پوست مي‌باشد. هم‌اكنون در سيستم‌هاي تصفيه هواي ساختمان از كاتاليست‌هاي فلزي نانومقياس و ديگر كاربردهاي فناوري نانو براي از بين بردن آلوده‌كننده‌هاي هوا، استفاده مي‌شود. نانو‌ذرات موجود در اين *****ها مي‌توانند از طريق هوا در ساختمان منتشر شده و وارد بدن انسان شوند. بايستي درباره اثرات سلامتي نانوذرات كه از طريق تنفس به بدن نفوذ مي‌كنند تحقيقات دقيقي انجام گيرد. ممكن است نانو ذرات از طريق محصولات تميز كننده و روكش‌ها نيز منتشر شوند.

توليدكنندگان نانو*****ها، محصولات تميز كننده و روكش‌ها اظهار مي‌كنند فناوري نانو اين محصولات را از نظر محيطي نسبت به ساير محصولات بي‌خطر‌تر مي‌كند. ما هم اكنون نانوذرات را از طريق دامنه گسترده‌اي از محصولات، از صفحات خورشيدي تا وسايل آرايش، بدون داشتن اثرات مضر آشكار جذب مي نماييم.

اگر آب مورد استفاده در ساختمان‌ها از طريق نانو*****هاي موجود در بازار تصفيه شوند ممكن است نانوذرات وارد بدن شوند. انتشار نانوذرات در محيط ممكن است اثرات مخربي بر محيط زيست داشته باشد. ممكن است كه پاك كننده‌ها نيز از طريق سيستم‌هاي دفع فاضلاب ساختمان‌ها وارد محيط‌زيست شوند. در حالي كه نانو*****ها پاك بودن آب و هواي خروجي از ساختمان‌ها را تضمين مي‌كنند، اثرات زيست‌محيطي نانوذرات بايستي به وسيله معماران و محققان مورد بررسي قرار گيرد.

 

 

ريسك‌هاي اجتماعي:

 

در صورتي كه حسگرها بسيار رايج شوند نوع كاملاً متفاوتي از ريسك ممكن است به وجود آيد.

 

ممكن است با استفاده گسترده از عناصر هوشمند در ساختمان‌سازي،‌ حريم خصوصي افراد در معرض خطر قرار گيرد. هم‌اكنون فناوري‌هاي بدون سيم مانند تلفن‌هاي همراه براي استفاده‌كنندگان در حال گسترش مي‌باشد. در اسپانيا، مكزيك و آمريكا ساكنان ساختمان‌ها از طريق تراشه‌‌هاي كار گذاشته شده در ساختمان‌ها كنترل مي‌شوند. با گسترش فناوري‌هاي كنترل كننده پاسخ استفاده كنندگان چه خواهد بود؟

درباره حريم خصوصي افراد، سئوالي كه مطرح مي‌شود اين است كه چه كسي محيط ساختمان‌ها را كنترل مي‌كند و اين عمل را چطور انجام مي‌دهد؟ اگرچه عناصر ساختمان‌ها مناسب با سلايق استفاده كنندگان و شرايط محيطي مي‌گردد ولي مسائل مربوط به كنترل ساختمان ها مي‌تواند به عنوان يكي از مشكلات اساسي مطرح باشد. براي مثال فناوري نانو اين امكان را به وجود آورده است تا ميزان شفافيت شيشه‌هاي پنجره‌هاي ساختمان ها مطابق با سلايق استفاده‌كنندگان تغيير كند، ولي سؤالي كه مطرح است اين است كه چه كسي ميزان شفافيت شيشه‌ها را كنترل مي‌كند؟

 

 

معضلاتي كه پذيرندگان اوليه کاربردهاي اين فناوري با آن

مواجه‌اند:

 

با استفاده از نانومواد و فناوري نانو در ساختمان‌سازي همه استفاده‌كنندگان اين فناوري نوظهور با مشكلاتي مواجه خواهند شد. سؤالي كه در اين جا مطرح است اين است اگر حادثه بدي رخ دهد آيا ريسك‌هاي فناوري نانو مورد توجه قرار مي‌گيرد؟ بايد به خاطر داشت كه توسعه‌دهندگان فناوري نانو در ابتدا از مزاياي اين فناوري بسيار صحبت نمودند. اما آنچه كه بديهي به نظر مي‌رسد اين است كه تا به امروز به همه جنبه‌هاي نانومواد و فناوري‌نانو توجه نشده است. لذا بايستي ترسي از توسعه نانومواد و فناوري‌نانو نداشته باشيم زيرا كه فناوري‌نانو دربرگيرنده فرصت‌هاي ارزشمندي براي بهبود عملكرد ساختمان‌ها، سلامت استفاده‌كنندگان و كيفيت محيط‌زيست مي‌باشد.

 

 

 

منبع: گروه اعضای سازمان نظام مهندسی

[Hamed&Mahi 1728]

ضد آب کردن مصالح با فناوری نانو

پژوهشگران ايراني با استفاده از کاتاليزور سبز و غيرخورنده هتروپلي اسيد موفق به انجام فرآيندهاي ضدآب کردن مصالح ساختماني با بازده بسيار خوبي شدند. آنان در اين فرآيند از نوع خاصي از پليمر ارگانوسيليکون در ابعاد نانو به عنوان پوشش ضدآب استفاده کردند و شرايط بهينه اين فرآيند را با طراحي آزمايش به روش سل-ژل بدست آوردند.

 

محصولات ارگانو سيليکون ماده اوليه توليد پوشش‌هاي ضدآب کننده مصالح ساختماني است، که در حضور اسيد سولفوريک به عنوان کاتاليزور در صنعت توليد مي‌شوند. بدليل مشکلات فراوان استفاده از اين کاتاليزور مانند سميت بالا، خورندگي، آلودگي محيط زيست و قابليت بازيافت مشکل، استفاده از کاتاليزورهاي جامد، سبز و سازگار با محيط زيست بسيار مناسب است و توجه تعداد زيادي از محققين را به خود جلب کرده است.

 

در اين کار تحقيقاتي، نوع خاصي از پليمر ارگانوسيليکون در ابعاد نانو، به عنوان پوشش‌هاي ضدآب براي مصالح ساختماني با استفاده از کاتاليزور سبز و غيرخورنده هتروپلي اسيد توليد شده است. اين محققان با استفاده از اين کاتاليزور و در شرايط بهينه بدست آمده از طراحي آزمايش به روش سل-ژل، موفق به انجام فرآيندهاي ضدآب کردن مصالح ساختماني با بازده بسيار خوبي شدند.

 

دکتر فاطمه فراش بامحرم، عضو هيات علمي گروه شيمي دانشگاه آزاد اسلامي مشهد، نيز در اين باره توضيح داد: «در اين پروژه با استفاده از کاتاليزور جامد، سبز و سازگار با محيط زيست هتروپلي اسيد، نوع خاصي از پليمرهاي ارگانوسيليکون در ابعاد نانومتري توليد شده است. شرايط سنتز محلول ارگانوسيليکون در حضور اين کاتاليزور با استفاده از طراحي آزمايش به روش سل- ژل بدست آمده است و پس از شناسايي و تعيين ابعاد آنها توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) و انجام تست‌هاي مربوطه، ويژگي ضدآب کردن آنها براي مصالح ساختماني شامل آجر، سنگ، بتن، و سيمان اثبات شده است. محصول را مي‌توان بوسيله برس، اسپري و غلتک استفاده کرد، بنابراين کار با آن راحت است.»

 

پوشش‌هاي ساختماني توليد شده در اين پروژه ضمن اين که باعث دفع آب شده و جذب کثيفي را به حداقل مي‌رسانند، نماي ساختمان را در مقابل اشعهUV مقاوم مي‌سازند و به علت نامرئي بودن پوشش‌ها مي‌توان از آنها با حفظ زيبايي در محل‌هاي داخلي و خارجي بنا استفاده نمود.

 

دکتر بامحرم که در سال 2011 (سال جهاني شيمي) و 2012 در ليست دانشمندان بين‌المللي ISI قرار گرفته است، در رابطه با نتايج اين پژوهش که قبلا طرح اين پژوهش در اداره ثبت مالکيت‌هاي صنعتي با شماره ثبت:72514 در تاريخ 90.09.01 به ثبت رسيده است، افزود: «با انجام چندين تست استاندارد تعيين درصد رطوبت، تمامي نمونه‌هاي ضدآب شده با محصولات پليمر ارگانوسيليکون بدست آمده در ابعاد نانو، بيش از 97% آب گريزي از خود نشان داده‌اند. کاتاليزور مورد استفاده در اين پروژه کاملا پايدار، غيرخورنده، قابل بازيافت وغيرسمي است.»

 

با استفاده از نتايج حاصل از اين طرح مي‌توان بتن، سيمان، بلوکه‌هاي سيماني، ورقه‌هاي سيماني سقف، ملات، موزاييک، انواع سنگ‌هاي طبيعي و مصنوعي، خاک، دوغاب، آجر، کاشي و محصولات سفالي را در برابر آب محافظت کرد و گامي موثر در جهت حفظ و نگهداري ظاهر ساختمان‌هاي نوساز برداشت.

 

نتايج اين تحقيقات که به‌وسيله‌ي دکتر فاطمه فراش بامحرم و سارا صانعي‌نژاد از دانشگاه آزاد اسلامي واحد مشهد، دکتر مجيد ممهدي هروي از دانشگاه الزهرا و مهندس علي آيتي از دانشگاه فردوسي مشهد صورت گرفته است، در مجله Progress in Organic Coatings (جلد 76، شماره 2-3، 2013) منتشر شده است