اهمیت نانوفناوری در چالش های ساختمانی
تفاوت علم نانو و مهندسی نانو در پیشبرد تحقیقات نانوفناوری
نانوفناوری در بتن
مواد پرکننده، چسبنده و درزگیر
نانوفناوری در سازه های فلزی
نانوفناوری در پوشش های ضد باکتری
نانوفناوری در عایق های ساختمانی
نانوفناوری در پوشش رنگ
نانوفناوری در شیشه های ساختمان
نانو فناوری در ساختمان و چوب های بکار رفته در آن
بدنبال جهش های علمی و تکنولوژی در قرن ۱۹، فناوری اثرات قابل توجهی بر زندگی انسان گذاشته که نانوفناوری در این میان نوید انقلاب صنعتی می‌دهد و می توان بعنوان موج چهارم انقلاب صنعتی از آن یاد کرد. برای رفع چالش های صنعت ساختمان سازی و استحکام سازه ها بخوبی می توان از نانو فناوری در ساختمان استفاده کرد و با استفاده از روش های سنتزی ویژه و خاص انواع مصالح ساختمانی و مواد اولیه ساخت و ساز در مقیاس نانو تولید کرد که خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی متفاوتی داشته باشند و دوام، استحکام، پایداری، کیفیت و ارزش قابل مقایسه ای با انواع مصالح معمولی داشته باشد. جزئی ترین مصالح در ساختمان تا راهکارها و ابزارهای بزرگتر در پروژه های ساختمانی نوساز و بازسازی ساختمان ها با کاربری تجاری یا مسکونی، قابل اجرا توسط نانوفناوری هستند از جمله کاربردهای نانو تکنولوژی در صنعت ساختمان، می‌توان به افزودنی های نانو بتن، نانو فلز، نانو شیشه، نانو چوب، نانو آجر، نانو سنگ و سایر پوشش های سطوح اشاره کرد.
علم نانو و مهندسی نانو برای توصیف دو مسیر در تحقیقات نانوفناوری استفاده می شوند. علم نانو مربوط است به اثر اندازه در مقیاس نانو و مقایسه با اندازه مواد در حد میکرو برای درک بهتر رفتار و عملکرد و نانو مهندسی شامل روشهای ایجاد انواع نانو کامپوزیت ها با رفتار مکانیکی ایده ال که می‌توان موادی با خواص جدیدی مثل مقاومت الکتریکی پایین، هوشمند بودن، خود تمیز کننده، خود ترمیم کننده، شکل پذیری بالا و ….به وجود آورد.
تاکنون سیلیکا در ابعاد میکرو در بتن ها استفاده شده است و نشان داده شده است که استفاده از ذرات ریزتر از میکرو سیلیس باعث افزایش مقاومت فشاری بتن گردیده است. بتن ماده ای چند فازی و با اجزا مختلف شن، ماسه و سیمان است. این ساختار شامل فازهای نامنظم کریستالی از ابعاد میکرومتر تا نانومتر می باشد. فاز سیمان از کلسیم-سیلیکات-هیدرات تشکیل شده و باعث ایجاد اتصال سنگ دانه ها می شود که اجزا بتن را به هم می چسباند و آب در بتن نقش روان کردن بتن برای کارایی بهتر و انجام عملیات هیدراتاسیون را داراست. در عین حال بعضی مواد به عنوان مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه می‌شوند. این افزودنی ها به منظور افزایش مقاومت، کارایی، دوام و تغییر خاصیت های ظاهری بتن به آن اضافه می شود. مواد افزودنی به دو گروه مواد افزودنی‌های شیمیایی و مواد افزودنی‌های معدنی تقسیم می‌شوند.
فعالیت های تحقیقاتی اخیر در زمینه نانو تکنولوژی در بتن شامل: بررسی ذاتی هیدراسیون در سیمان، تاثیر اضافه کردن نانو سیلیکا و نانو ذرات دیگر به سیمان، بتن و پوشش های سیمانی و مشاهده تاثیرات آن ها بر رفتار و مشخصات ایجاد شده است.
نانوفناوری در صنعت بتن با مشکلاتی روبروست، اول هزینه های بالای نانو ذرات مانع از توسعه روزافزون این محصولات و استفاده آن ها در صنعت می گردد، برای همین بهره برداری از نانو تکنولوژی در صنعت بتن در مقیاس تجاری همچنان به چند محصول قابل عرضه در بازار محدود گردیده است. مشکل دیگر در زمینه استفاده از نانو مواد این است که حین افزوده شدن به بتن به صورت کلوخه انباشته می شوند و در مخلوط به خوبی توزیع نمی شوند، که استفاده از دستگاه های مخلوط کن قوی برای حل این معضل نیاز است. چالش سوم جذب آب بسیار زیاد ذرات نانو است برخی از موارد کاربرد نانوفناوری در ساخت بتن اصلاح شده در زیر آورده شده است که مجالی برای توضیح یکایک آنها نیست: نانوذرات سیمان، نانوذرات رس، نانوذرات سیلیس، نانوذرات اکسید آهن، دی‌اکسید تیتانیوم، نانوذرات اکسید آلومینیوم، نانوالیاف، پوشش‌های نانویی، بتن‌های خودترمیم‌شونده
ارتقای کارایی، قابلیت‌های بیشتر و مباحث زیست‌محیطی موجب پذیرش مواد چسبنده و درزگیر نانویی در صنعت ساختمان می شود که حدود ده درصد مواد پرکننده، چسبنده ودرزگیر را شامل می‌شود. مواد چسبنده و درزگیر برای امور فراوانی از جمله موکت‌کاری، کاشی‌کاری، قفسه‌ها و کمد، بتن، ورقه‌های دیوار کاذب، گرم‌سازی، تهویه، تهویه هوای مطبوع، سیمان‌های متصل‌شده، خانه‌های ازپیش‌ساخته، پانل‌های ازپیش‌پرداخت‌شده، کف کشسان، سقف‌سازی و پوشش‌دهی دیوار و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پلیمر سیلیکون در زمره مواد چسبنده و درزگیر با کارایی بالا به‌دلیل برخورداری از قابلیت هواخوری و دوام چشمگیر، برای لعاب‌دهی ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه نانوفناوری در صنعت مواد چسبنده و درزگیر، در قالب پرکننده‌های نانومقیاس همانند فوم سیلیکا (Fumed Silica)، کربنات‌کلسیم رسوب‌دهی‌شده‌ی نانویی و دی‌اکسید تیتانیوم کاربرد دارد. الف) فوم سیلیکا پودر سفیدرنگ دی اکسید سیلیکون می‌باشد که از تتراکلرید سیلیکون گازی تشکیل می‌شود و بعنوان پرکننده در پوشش‌ها، پلاستیک‌ها، مواد چسبنده، تنظیم ویسکوزیته در رنگها، پوشش ها، جوهرهای چاپی، چسب ها و درزگیرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده دارای سطحی آبدوست است به‌عنوان عامل ضخیم‌کننده با ویژگی تیکسوتروپیک می‌باشد که می‌تواند به پودرها اضافه شود. ب)کربنات‌کلسیم رسوب‌دهی‌شده (PCC): کربناتها، دومین ماده‌ی معدنی فراوان در پوسته‌ی کره‌ی زمین پس از سیلیکات‌ها هستند.
به‌همین دلیل، به‌شکل وسیعی از آنها، به‌عنوان یک ماده‌ی پرکننده ارزان‌قیمت استفاده می‌شود. کربنات‌کلسیم (CaCO۳) متداول‌ترین کانی کربنات و در حال حاضر، پرکاربردترین ماده‌ی پرکننده است. سنگ آهک، گچ و سنگ مرمر متداول‌ترین منابع طبیعی کلسیت روی کره‌ی زمین هستند. آنها به دو روش تهیه می‌شوند از طریق آسیاب کردن سنگ آهک، گچ و سنگ مرمر بنام کربنات‌کلسیم خاکی بدست می‌آید و یا بصورت مصنوعی از طریق تکنیک رسوب‌دهی یا روش باززغالش تولید می شوند و کربنات‌کلسیم رسوب‌دهی‌شده (PCC) نامیده می‌شوند. ذرات ریز در حد مقیاس نانو PCC گاهی اوقات کربنات‌کلسیم رسوب‌دهی‌شده‌ی نانویی (NPCC) نامیده می‌شوند که دارای خصوصیات متفاوتی هستند که بعنوان مثال با اسیدهای‌چرب مانند اسیداستیریک (stearic) اصلاح می‌شوند و برای استفاده در محیط‌های غیرآبی مناسب هستند.
پیشرفت علم در حوزه نانوذرات فلزی و دستاوردهای بزرگ در این زمینه باعث بهبود ویژگی‌های فلزات ساختمانی از جمله فولاد شده است. اضافه کردن نانوذراتی مانند مس، مولیبدن و وانادیم باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد و کاهش هزینه‌های ساخت شده است. ساخت نانوکابلها، نانوپوشش‌هایی نظیر دی اکسید تیتانیم و استفاده از فناوری نانو در ساخت و تولید پیچ و مهره‌ها تحول عظیمی را در سازه‌ها ایجاد کرده است.
فولاد یکی از مهمترین مواد ساختمانی است که در ساختمانهای اسکلت فلزی به عنوان تیر و ستون و در ساختمان‌ها و سازههای بتنی به عنوان میللگرد ودر اجزای داخلی ساختمان‌ها مثل در و پنجرهها، پیچ‌ها و اتصالات استفاده می گردد. خستگی و ترک خوردگی، خوردگی در مجاورت سیمان، آثار تبعی جوشکاری، نیاز به مقاومت‌های بالاتر، ضریب ارتجاعی بالاتر، نیاز به مقاومت بیشتر در مقابل خراشیدگی، از بین بردن آلودگی سطوح فلزی و … از جمله معایب فولاد هستند.
در سال ۱۹۹۲، آمریکا، فولادی کم کربن با عملکرد بالا را برای پل‌ها تولید کردند.این فولاد زنگ‌نزن جدید استحکام فوق‌العاده بالا، فرم‌پذیری خوب، مقاومت بالا در مقابل خوردگی و خاصیت جوش‌خوردگی بهتری را به خاطر وجود نانوذرات مس در مرزدانه‌های فولاد از خود نشان می‌دهد. این نوع فولاد می تواند نازک‌تر و سبک‌تر از اجزایی که از آلومینیوم و تیتانیوم ساخته شده اند تولید شوند. تحقیقات نشان دادهاند که اضافه کردن نانوذرات منیزیم و کلسیم، دانههای مناطق جوشکاری را در فولاد ساده ریزتر می‌کند (حدود یک پنجم اندازه معمولی) که این امر موجب افزایش چقرمگی جوش می‌شود. افزایش چقرمگی در اتصالات جوش نه تنها باعث پایداری و بالا رفتن ایمنی سازه می‌شود، بلکه نیاز به منابع برای برقراری اتصالات را کاهش داده و در نتیجه باعث محدود شدن تنش‌ها در حد مجاز می‌شود.
تحقیقات بر روی نانوذرات وانادیم و مولیبدن نشان داده است که این مواد می‌توانند شکست تأخیری را در پیچ و مهره‌ها بهبود بخشند و باعث افزایش استحکام این تجهیزات شده است. از فولادهای حاوی نانوذرات در ساخت پل‌ها استفاده بسیار زیادی می‌شود زیرا این نوع فولاد مقاومت به خوردگی قابل ملاحظه‌ای دارد و باعث تولید کامپوزیت‌های سبک‌تر و مقاوم‌تر ساختمانی و در واقع افزایش نسبت استحکام به وزن می‌شوند.
علاوه بر آبگریز کردن سطح، از فوتوکاتالیزورهایی مانند نانوذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده می‌کنند. این نانو ذرات آب دوست با جذب نور ماورابنفش در حضور مولکولهای آب می توانند رادیکال آزاد اکسیژن تولید کنند که موجب تجزیه مولکولهای آلی، آلودگی‌ها و غشای باکتری می شود. با پوشش دهی دیوارها، سقف و شیشه ساختمان ها با این ذرات، اثر مطلوب خودتمیزشوندگی به وجود آمده می تواند باعث پاک شدن سطوح شوند. نقره دارای بالاترین انعکاس نوری، بالاترین هدایت الکتریکی می‌باشد با انحلال پذیری بسیار کم در آب و در حالت خالص در برابر هوا و آب پایدار است. نقره بعنوان ضد باکتری شناخته شده است که نانوذرات کلوییدی نقره در فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از نانوذرات نقره، یونهای نقره بصورت آرام و آهسته منتشر می شود و دیواره و غشای سلولی میکرب ها سست و ناپایدار می‌گردد و زنجیره تنفسی باکتریها را مختل می‌کنند و سبب مرگ زودرس میکرب ها می شود که در طول زمان ثابت است و کاهش نمی یابد. استفاده از نانوذرات مس هم می‌تواند دیواره های سلولی باکتری را تخریب کند و بعنوان ضدانگل مورد استفاده قرار گیرد و بهمین دلیل اکثر وسایل بیمارستانی از جنس برنج (آلیاژی ازمس و روی) ساخته شده است. بنابراین نانوذرات فلزی، نانولوله-ها، نانوفوتوکاتالیست ها و نانوکامپوزیت ها توانایی حذف یا کاهش آلاینده های هوا را توسط تجزیه آلودگی های محیطی دارد وعلاوه بر آن می توانند سطح بهداشت محیط را بالا ببرند.
عایق های ساختمانی نقش قابل توجهی در صرفه جویی انرژی و همچنین افزایش آسایش و آرامش افراد ساکن در یک واحد مسکونی ایفا می کند، عایق ها بسته به نوع و کاربردی که دارند، به انواع عایق های صوتی، حرارتی، رطوبتی و… تقسیم بندی می شوند که در طول زمان تکامل یافته و روز به روز انواع جدیدتری از آن ها روانه بازار می شود. مبنای مواد عایق، بر دارا بودن تعداد زیادی حفره در ساختار است که تا حد امکان بتوانند هوا را در میان خود نگه دارد. نانو مواد به دلیل داشتن تخلخل های ریزتر و بیشتر، قابلیت بیشتری برای به دام انداختن هوا داخل ماده دارند و با استفاده از این مواد می توان با ضخامت های کمتری به خاصیت مطلوب رسید. پوشش های نانو با ایجاد خاصیت مقاومت در برابر رطوبت، می توانند از بروز خطرات مواد پلیمری جلوگیری کند. با استفاده از نانومواد، می توان مقاومت پوشش را نه تنها در برابر رطوبت بلکه در برابر رشد باکتری، قارچ و کپک و نفوذ پرتوهای فرابنفش افزایش داد.
نانوفناوری در رنگ می‌تواند برای حفاظت از خوردگی لوله های فلزات و حفاظت در برابر قطرات آب و محلولهای نمکی و همچنین کپک و قارچ مورد استفاده قرار گیرد. از دیگر مزیت‌های استفاده از نانوفناوری در تولید رنگ‌های ضدخوردگی می توان به کارایی بالاتر به دلیل سطح ویژه زیاد، حفظ شفافیت رنگ و ایجاد ترکیبی نانو با خواص مطلوب اشاره کرد که بعنوان یک عایق جهت کاهش مصرف انرژی، افزایش سوددهی بلندمدت اقتصادی و حفظ محیط‌زیست از آلاینده‌های ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد.
نانوفناوری در شیشه های ساختمان
ذرات تیتانیوم دی اکسید بعنوان ذرات ابرآبدوست و یا ذرات نانوکامپوزیت ارگانوسیلان بعنوان ذرات فوق آبگریز می‌تواند بر سطح شیشه قرار گرفته و خاصیت خودتمیزکنندگی به آن ببخشد. همچنین نانوذرات سیلسیم دی اکسید ساندویج شده بین دو صفحه شیشه ای می‌تواند در برابر آتش مقاومت کند و محافظی در برابر آتش باشد.
نانو فناوری در ساختمان و چوب های بکار رفته در آن
چوب از نانولوله ها و نانوفیبرها تشکیل شده است. لینگوسلولز درمقیاس نانو می‌تواند فرصت های جدیدی برای سطوح خوداستریل شونده، خود تعمیری داخلی استفاده شود. پوشش های بسیار آبگریز شامل نانوذرات سیلیکا و آلومینا و پلیمرهای آبگریز با افزایش قابلیت ها می توانند بطور موفقی برای چوب مورد استفاده واقع شوند.
.webp){kind=icon}
 (1).webp){kind=icon}
.png){kind=logo}
