هر روزه شاهد نوآوری ها و کارآیی جدید در زمینه مصالح کارامدتر و پربازده تر هستیم. کارآیی بیشتر به معنای افزایش مقاومت، شکل پذیری، دوام و توانایی بیشتر، کاهش هزینه ساخت و ساز، کاهش هزینه نگه داری پس از ساخت بنا و افزایش عمر سازه نسبت به مصالح سنتی می باشد. بدون تردید فناوری نانو و نانو ذرات جامعه مهندسی را به سوی انقلاب صنعتی جدید هدایت می کند. این فناوری نوین فرصت های بیشماری را بوجود آورده که بتوان مواد و مصالح مورد استفاده را بسط داده، ضعف آنرا کمتر کرده و بر مزایای آن بیفزاید.
تا کنون نانو تکنولوژی در صنعت ساختمان در حوزه های مختلفی، از تولید شیشه های هوشمند گرفته تا تولید سطوح آنتی باکتریال، سطوح خود تمیز شونده، سطوح تصفیه کننده هوا، سطوح با قابلیت خود ترمیم شوندگی کاربرد پیدا کرده است. نگه داری ساختمان و اجزای آن، از فعالیت های مهمی است که پس از ساخت بنا باید مورد توجه طراحان و کاربران ساختمان قرار گیرد. به منظور کاستن از هزینه های نگهداری و تمیز کردن سطوح ساختمان و همچنین کاهش تکرار این فرآیند، متخصصان عرصه نانو فناوری، از این فناوری نوین به منظور ایجاد امکانی برای سطوح، با هدف خود تمیز شوندگی و آسان تمیز شوندگی استفاده کرده اند.
مصالح ساختمانی
ساخت یک سازه محکم و اصولی باید بر اساس آگاهی از مصالح ساختمانی و خواص آنها صورت گیرد. هنگام انتخاب مصالح ساختمانی توجه به ویژگی ها و خصوصیات آنها امری بسیار ضروری می باشد زیرا در صورت انتخاب مصالح نامرغوب عمر مفید سازه کاهش یافته و در کوتاه مدت دچار آسیب خواهد شد. به طور کلی مصالح ساختمانی دارای خواص فیزیکی, شیمیایی و مکانیکی می باشند:
خواص فیزیکی
خواص فیزیکی به تمام آنچه که به ظاهر مصالح مربوط است اشاره دارد از جمله جرم, وزن, تخلخل, رنگ, چگالی, ابعاد و غیره. علاوه بر آن این خواص ویژگی هایی نظیر نفوذ ناپذیری در برابر آب و رطوبت, مقاومت در برابر حرارت و یخ زدگی و واکنش در برابر شرایط متغیر جوی را نیز در بر می گیرد.
خواص شیمیایی
خواص شیمیایی تاثیر مواد شیمیایی نظیر اسیدها و بازها, روغن ها, آب, نمک ها, حلال ها را بر مصالح مورد بررسی قرار می دهد. علاوه بر آن این خواص تاثیر شیمیایی مصالح مجاور را نیز تحلیل و بررسی می کند.
خواص مکانیکی
خواص مکانیکی در واقع مقاومت کششی, برشی, پیچشی و فشاری مصالح را ارزیابی می کند. این خواص به بررسی سختی مصالح و تغییر شکل مواد بر اثر بار وارد آمده پرداخته و خاصیت چکش خواری مصالح و مقاومت آنها را نیز در بر دارد.
استفاده از نانو ذرات در صنعت ساختمان سازی
امروزه با پیشرفت تکنولوژی تدابیر بسیاری در خصوص بالا بردن سطح کیفیت مصالح اندیشیده شده است. فناوری نانو یکی از تکنولوژی های به کار رفته در ارتقاء عملکرد مصالح است که نقش موثری در بالا بردن عمر سازه و ذخیره انرژی ایفا می کند.
امروزه به دلیل کمبود منابع انرژی, ذخیره آن اهمیت بسیاری دارد خصوصاً در حوزه ساختمان سازی که درصد بالایی از انرژی در ساختمان های تجاری, اداری و مسکونی مصرف می شود. مهندسین و متخصصان حوزه ساخت و ساز به منظور افزایش مقاومت ساختمان و عملکرد مصالح در آن برنامه های متعدی اجرا نموده اند که افزودن نانو ذرات به مصالح ساختمانی از جمله این برنامه ها می باشد. افزودن نانو ذرات به مصالحی مانند فلز، سیمان و بتن ویژگی هایی نظیر مقاومت در برابر حرارت، مقاومت کششی، قابلیت تمیزشوندگی و خود ترمیمی را تقویت می کند.
از جمله نانو ذراتی که باعث ایجاد چنین خصوصیاتی در مصالح می شوند به شرح زیر می باشند:
نانو لوله های کربنی
نانولوله های کربنی باعث افزایش مقاومت مکانیکی سیمان و دوام آن در برابر ساییدگی می شوند. علاوه بر آن افزودن این نانو ذرات به سرامیک خواص مکانیکی و حرارتی آن را بالا می برد. نانو لوله های کربنی به دو دسته نانولوله های تک جداره ( که در آرایش گرافیتی این نانو ذرات فقط از یک دیواره کربن استفاده شده است) و نانولوله های چند جداره (که این نانو ذرات در راستای طول خود از دو یا چند صفحه گرافیتی تشکیل شده اند) تقسیم می شوند.
نانو ذرات سیلیکون
این نانو ذرات به بتن، سرامیک و شیشه اضافه می شوند. با افزودن نانوذرات سیلیکون به بتن، مقاومت مکانیکی آن بالا رفته و در مقابل خوردگی ناشی از مواد اسیدی تقویت می شود. در صورت اضافه شدن این ذرات به سرامیک میزان انتقال نور در آنها افزایش یافته و علاوه بر آن به سرامیک ضد حریق تبدیل خواهد شد. در ساختار شیشه های ضد حریق نیز یک لایه نازک از نانو ذرات سیلیکون مابین دو صفحه شیشه قرار گرفته که مقاومت شیشه را در برابر حرارت بالا می برد.
نانو ذرات نقره
این نانو ذرات در رنگ ها و پوشش ها مورد استفاده قرار می گیرد و مانع از فعالیت های قارچی و باکتریایی می شود. اگر نانو ذرات نقره در پوشش نمای ساختمان به کار رود، این نما در برابر آلودگی و رشد میکروب ها در امان خواهد ماند.
نانوذرات مس
این نانو ذرات به استیل اضافه می شوند و آن را در برابر زنگ زدگی مقاوم کرده و خاصیت شکل پذیری و فرم دهی آن را بالا می برد.
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم
در صورت افزودن این نانو ذرات به بتن سرعت هیدراسیون آن بالا رفته و در برابر آلودگی و باکتری محافظت می شود. این ذرات از طریق واکنش های فوتوکاتالیستی می توانند آلاینده ها و ترکیبات آلی را تمیز کنند به همین دلیل از آنها در ساخت شیشه هایی که برای نماکاری داخلی و بیرونی ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند استفاده می شود. این شیشه ها ضد لک و غبار هستند و آلودگی بر روی آنها نمی ماند. علاوه بر آن نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به سیمان و رنگ نیز افزوده می شود.
نانو ذرات اکسید آهن
این مواد باعث افزایش قدرت تراکم بتن می شوند و دوام آن را در برابر فرسایش بالا می برند. اگر نانو ذرات اکسید آهن به بتن افزوده شوند امکان پایش سطح تنش بتن از طریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی وجود خواهد داشت.