نانو پوشش ها در صنعت ساختمان

فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد‌. در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد‌، شیشه و بتن ایفا می‌کنند‌. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن‌ها نانو لوله‌های کربنی (CNT) و و دی اکسید تیتانیوم هستند. عموماً در سازه‌های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه‌ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش‌ها در نمای داخلی و خارجی ساختمان‌ها نیز از اهمیت ویژه‌ای برخورداراست‌. نانو پوشش‌های ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده و جذب کثیفی را به حداقل می‌رسانند‌، نمای ساختمان را در مقابل اشعه UV مقاوم می‌سازند‌.

این نانو پوشش‌ها در سطوحی از جمله‌ سیمان‌، آجر‌، سفال‌، سنگ معمولی‌، کاشی‌، مرمر‌، چوب‌، سرامیک‌، شیشه‌، فولاد و بتن به کار می‌روند. ساخت بتن تقویت شده‌، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده‌‌، شیشه‌های خود تمیز شونده‌، مقاوم در برابر آتش و کنترل کننده انرژی و در نتیجه صرفه جویی در مصرف انرژی‌، استفاده از رنگ‌های 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 می‌بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است‌.

از جمله این نانو پوشش ها می توان به پوشش هایی اشاره کرد که بر روی سقف ساختمان ها قرار می گیرند و در تابستان و زمستان و با تغییر رنگ خود به تیره یا روشن باعث تثبیت انرژی می شوند. همچنین می توان با استفاده از نوع دیگری از نانو پوشش ها از تخریب ابنیه تاریخی جاوگیری کرده و حتی باعث جلوگیری از فرسایش اسکلت های فلزی، چوب و انواع بتن گردیم.

نانو پوشش ها و فناوری نانو در عمران و ساختمان سازی

می تواند باعث استحکام بیشتر، ظاهر بهتر، کنترل فرسایش، کاهش مصرف و کاهش اتلاف انرژی و پاک و پاک کننده بودن یک خانه برای محیط زیست گردد. در این مقاله سعی بر آن است تا تعدادی کاربردهای نوین نانو تکنولوژی در صنعت ساختمان معرفی گردد تا بتوان با استفاده از آن تحولی عظیم، را در صنعت ساخت و ساز کشور شاهد باشیم.

کاشی‌های تغییر رنگ دهنده برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی

اگر تا‌به‌حال در یک روز آفتابی با پای برهنه به پشت‌بام خانه‌ی خود رفته‌باشید، با سوزش پای خود متوجه این پدیده می‌شوید که سطوح تیره گرما را جذب می‌کنند. این پدیده در زمستان می‌‌تواند برای ما خوب باشد؛ چرا که باعث کاهش هزینه‌ی سوخت می‌گردد. اما در تابستان با گرم‌ترکردن خانه، باعث استفاده‌ی بیش‌ از‌ حد از سیستم خنک‌کننده گردیده و خوشایند نمی‌باشد. دلیل این‌که بیشتر مردم تمایل به پشت‌بام‌های به رنگ سفید دارند، این است که از نظر بهینه سازی مصرف انرژی، مناسب‌تر می‌باشند. مسئله‌ی هدررفتن انرژی، مسئله کوچکی نیست که بتوان آن را نادیده گرفت.

استیو چو، وزیر انرژی آمریکا

از طرفداران سرسخت رنگ سفید برای پشت‌بام ساختمان‌ها می‌باشد، در این رابطه می‌گوید: در‌صورتی‌که پشت‌بام‌های تمام ساختمان‌های دنیا به رنگ سفید در آید، انتشار گازهای گلخانه‌ای در طول بیست سال را به اندازه‌ی یک سال تولید جهانی کاهش می‌دهد. اما برخی دیگر معتقدند که مثلاً در شهرهای شمالی و سردسیر دنیا، اتلاف زمستانی می‌تواند مهم‌تر از بهره‌ی تابستانی باشد. بنابراین راه حل ایده آل، آن است که در گرما از رنگ سفید و در سرما از رنگ مشکی برای پشت بام استفاده شود.

فناوری نانو و پوشش‌های ساختمانی

نانو‌ پوشش‌های ساختمان در سطوح داخلی و خارجی ساختمان‌ها از جمله‌ سطوح شیشه‌ای‌، پلاستیکی‌، چوبی‌، فولادی، سنگی‌، آجری، کاشی‌، سرامیکی، سیمانی و بتنی و … استفاده می‌شوند‌. در این سطوح (سطوح هوشمند) که عموما‌ً فوق آبدوست ‌یا فوق آبگریز هستند‌، واکنش‌ها بر روی سطح صورت می‌گیرد‌. لازم به ذکر است که نانو پوشش‌ها ساختمان آنتی باکتریال بوده و برای سلامتی انسان بی‌ضرر هستند‌.

نانو پوشش‌های سنگ و چوب

این نانو پوشش‌های آنتی باکتریال‌، مقاوم در برابر آب‌، هوا‌، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از پوشش‌های اصلی صنعت ساختمان به شمار می‌روند‌. نانو پوشش‌های سنگ و چوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب‌، چربی و سایر و آلودگی‌ها را از سطح دفع می‌کنند‌. ضمناً نانو پوشش‌های سنگ و چوب برای سطوح سنگی نفوذپذیر که خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند‌. ترکیبات این نانو پوشش‌ها معمولاً شامل الماس‌، نقره‌، شیشه و سرامیک هستند. و با توجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند‌، اما در اکثر آن‌ها فاز حامل آب و الکل است و ذرات آنها تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد مقاوم هستند‌.

مزیت

پوشش سطوح منفذدار‌، حفظ تنفس سطوح‌، حفظ سطوح در برابر عوامل محیطی‌، امکان تمیز شدن لک‌ها از جمله‌ چربی‌ها و روغن‌ها با آب‌، جلوگیری از ایجاد کپک‌، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح از تاثیر نم و کثیفی‌ها.

موارد مصرف‌ سطوح چوبی

نانو پوشش‌های سنگ و چوب‌‌، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار و سطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرار می‌گیرند‌. در سطوح چوبی جلادار سه ماه پس از اعمال جلا مورد استفاده قرار می‌گیرند و برای سطوح چوبی رنگ شده از نانو پوشش‌های چند منظوره
استفاده می‌شود.
استفاده از نانو پوشش‌های سنگ و چوب در نمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی‌ها‌، باکتری‌ها و غیره به داخل ماتریس می‌شوند و ظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می‌نمایند‌.

ماسه سنگ‌ها و بتن گازی

بتن گازی و ماسه سنگ‌هایی که ساختار سفید رنگی دارند و اغلب در آتلیه‌ها و ایوان‌ها به کار می‌روند‌، کثیفی‌ها و چربی‌ها را جذب کرده و ظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییر می‌کند‌. در این شرایط استفاده از تمیزکننده‌های با فشار بسیار قوی نیز کارساز نیست. اما در صورت استفاده از نانو پوشش‌های سنگ و چوب در حالی که به سطح اجازه تنفس داده می‌شود‌، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می‌شوند‌، بدین ترتیب رنگ و ساختار اصلی سطح حفظ می‌شود‌.

کاشی‌ها و لوح‌های سنگی

استفاده از نانو پوشش‌های سنگ و چوب باعث می‌شوند ساختمان‌ها همراه با باغچه‌ها و مجسمه‌های اطراف آنها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرور زمان در رنگ آن‌ها تغییری ایجاد نشود‌.

شیشه

نانو پوشش‌های شیشه در صنایع ساختمان و اتومبیل بیشترین کاربرد را دارند‌، در ادامه به برخی از کاربردهای آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.

شیشه‌های خود تمیز شونده

این نوع نانو پوشش‌ها‌، با ضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آبدوست تشکیل می‌دهند‌. 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 بر روی خود افزایش داده و بدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماماً پخش شده و بخودی خود امکان تمیز شدن را بوجود می‌آورد‌. نانو پوشش‌های استفاده شده بر روی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان میدهند.

شیشه‌های کنترل کننده انرژی

این نوع شیشه‌ها ضمن دارا بودن 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.

‌شیشه‌های محافظ در برابر آتش

شیشه‌های محافظ در برابر آتش نیز یکی دیگر از دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس در میان دو صفحه شیشه‌ای ساخته می‌شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت‌، تیره و مقاوم در برابر آتش می‌شود.

بتن

تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو در ساختمان بتن در حال انجام است به منظور درک این موضوع به برخی از مواد نانو اشاره شده است.

نانو سیلیس‌ها

با استفاده از نانو ذرات سیلیس می‌توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو و نانوساختارهای تشکیل دهنده بتن و در نتیجه ویژگی‌های مکانیکی می‌انجامد.

نانو لوله‌های کربنی

تحقیقات گسترده‌ای در خصوص کاربردهای نانو لوله‌های کربنی در حال انجام است و تاکنون خواص قابل ملاحظه‌ای از آن‌ها کشف شده است. برای مثال با وجود این که چگالی آن‌ها 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 نانو لوله‌ها به ماتریس بتن خواص نمونه‌ها به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.

نانو ذرات رس

برخی از انواع نانو ذرات در چسب‌های مختلف و نحوه تاثیر آنها بر روی ویژگی‌های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن مانند ممانعت از انتقال یون‌های کلر‌، مقاومت در برابر دی اکسیدکربن‌، پخش بخار آب‌، جذب آب و عمق نفوذ هدایت می‌شوند‌.

نانو ذرات اکسیدآهن یا هماتیت

در صورت اضافه نمودن نانو ذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن‌، پایش سطوح تنش بتن را از طریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می‌سازد.

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی‌های بتن در نمای ساختمان‌ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد‌. این نانو ذرات از طریق واکنش‌های فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده‌های آلی‌، ترکیبات آلی فرار (‌VOC‌) و غشای باکتریایی هستند.

به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضدعفونی کنندگی به رنگ‌ها‌، سیمان‌ها و شیشه‌ها اضافه می‌شوند‌. بتن حاوی دی اکسید تیتانیوم دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی را بطور موثری حفظ می‌نماید در حالی که ساختمان‌های ساخته شده با بتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.

فولاد

فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت و ساز است‌. تحقیقات نشان داده‌ اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری‌های سطحی فولاد می‌کاهد و در نتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش و در نهایت ترک خوردگی‌های ناشی از خستگی سازه‌هایی مانند پل‌ها و برج‌ها‌، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می‌گیرد را محدود می‌سازد.

حسگرها

حسگرهای مبتنی بر فناوری نانو نیز می‌توانند به نوبه خود کاربردهای زیادی در سازه‌های بتنی داشته باشند. برای کنترل کیفیت و دوام بتن‌، این حسگرها می‌توانند برای هدف‌های مختلفی نظی‌ اندازه‌گیری چگالی‌، میزان افت بتن‌، پارامترهای موثر در دوام بتن مانند‌ دما‌، رطوبت‌، غلظت کلر‌، PH‌، در اکسید کربن، تنش،‌ خوردگی میلگردها و ارتعاش طراحی شوند.