موادنانوکامپوزیت در ساختمان سازی مدرن || توسعه پایدار صنعت ساخت وساز،سازگار با محیط زیست

با توجه به سرعت توسعه کنونی، مسئله مصرف انرژی ساختمان به تدریج به یک مشکل فوری تبدیل شده است که نیاز به حل شدن دارد. این نه تنها موجب هدر رفت خاصی می‌شود، بلکه آلودگی قابل توجهی به محیط زیست وارد می‌کند. بنابراین، تحت تأثیر شرایط مختلف، مصالح ساختمانی جدید جایگاه مهم‌تری پیدا کرده‌اند. بسیاری از کشورهای جهان نانوتکنولوژی را به عنوان یک پروژه اساسی ملی مهم در نظر گرفته‌اند.

مواد نانوکامپوزیت در ساختمان سازی مدرن

 

نانومرکب یک ماده جامد چندفازی است که یکی از فازهای آن دارای یک، دو یا سه بُعدی کمتر از 100 نانومتر (nm) یا ساختارهایی با فاصله‌های تکراری نانو مقیاسی بین فازهای مختلف تشکیل‌دهنده ماده است.

در وسیع‌ترین معنا، این تعریف می‌تواند شامل رسانه‌های متخلخل، کلوئیدها، ژل‌ها و کوپلیمرها باشد، اما به‌طور معمول به معنی ترکیب جامد یک ماتریس عمده و فاز(های) نانودیمانسیونی است که به دلیل تفاوت‌های ساختاری و شیمیایی در خواص متفاوت هستند. خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، نوری، الکتروشیمیایی و کاتالیزی نانومرکب به طور چشمگیری از خواص مواد تشکیل‌دهنده آن تفاوت خواهند داشت. محدودیت‌های اندازه برای این اثرات پیشنهاد شده‌اند.

نانومرکب‌ها در طبیعت یافت می‌شوند، به عنوان مثال در ساختار پوسته آبالون و استخوان. استفاده از مواد غنی از نانوذرات پیش از فهم طبیعت فیزیکی و شیمیایی این مواد بود. خوزه-یاکامان و همکارانش منشاء عمق رنگ و مقاومت در برابر اسیدها و بیوکوروزیون رنگ آبی مایا را تحقیق کردند و آن را به مکانیزم نانوذرات نسبت دادند. از اواسط دهه 1950، نانومقیاس ارگانو-رس‌ها برای کنترل جریان محلول‌های پلیمری (مثلاً به عنوان تنظیم‌کننده‌های ویسکوزیته رنگ) یا ترکیب ژل‌ها (مثلاً به عنوان ماده غلیظ کننده در لوازم آرایشی، که ترکیبات را در فرم همگن نگه می‌دارد) استفاده شده‌اند. تا دهه 1970، ترکیبات پلیمر/رس موضوع کتاب‌های درسی بودند، هرچند اصطلاح "نانومرکب‌ها" به طور معمول استفاده نمی‌شد.

 

صنعت ساخت و ساز تقریباً 25٪ از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی را تولید می‌کند، 50٪ از انرژی موجود در سراسر جهان را مصرف می‌کند و باعث بهره‌برداری گسترده از منابع طبیعی برای تأمین تقاضای مصرف می‌شود. ساخت خانه‌ها نیاز به مصرف بالای مواد پایه سیمان دارد، اما تولید این ماده خام 7٪ از کل انتشار دی‌اکسید کربن جهانی را تولید می‌کند و استفاده از آن در ساخت مسکن به دلیل مزایای آن در سطح ساختاری و اقتصادی توجیه شده است. پیاده‌سازی نانوتکنولوژی و به ویژه استفاده از نانومواد با خواص عملکردی پیشرفته می‌تواند تأثیر مثبتی بر توسعه پایدار صنعت ساخت مسکن داشته باشد، زیرا این نانومواد مزایای فنی، اقتصادی، محیط زیستی و زیبایی‌شناسی ارائه می‌دهند .

نانومواد

 به عنوان یک کلاس خاص از مواد با خواص منحصر به فرد و کاربردهای امیدوارکننده در زمینه‌های مختلف ظاهر شده‌اند. اندازه کوچک آنها، معمولاً بین 1 تا 100 نانومتر، خواصی مانند استحکام مکانیکی بالا، سطح خاص بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی بهبود یافته و رفتار نوری بهبود یافته را فراهم می‌کند. این ویژگی‌ها نانومواد را برای ادغام در صنایع مختلف به ویژه جذاب می‌کنند زیرا می‌توانند خواص ساختاری، عملکردی و زیست محیطی مواد سنتی را بهبود بخشند. در واقع، کاربردهای آنها شامل نانوذرات نقره که به طور مؤثر درمان‌های سرطان را هدف قرار می‌دهند، گرافن که قابلیت نمایش‌های انعطاف‌پذیر در دستگاه‌های الکترونیکی را بهبود می‌بخشد، نانوالیاف که مقاومت در برابر آب در منسوجات را فراهم می‌کنند، نانومواد سلول خورشیدی با بهینه‌سازی کارآیی تبدیل انرژی خورشیدی و دیگر موارد است. در زمینه ساخت و ساز، نانومواد برای توسعه سیمان‌های مقاوم و با دوام بیشتر، پوشش‌های محافظت از خوردگی، مواد عایق کارآمدتر و سیستم‌های تصفیه پیشرفته استفاده می‌شوند. این پیشرفت‌ها به بهبود کارآیی انرژی، افزایش عمر سازه‌ها، کاهش هزینه‌های نگهداری و ترویج روش‌های ساخت پایدارتر هدف‌گذاری شده‌اند.

 

بتن هوشمند تحول در ساختمان سازی نوین || ترکیب فناوری ومهندسی ،دوام وعملکرد بهتر سازه ها

 

مواد نانومقیاس مختلفی به عنوان افزودنی در ساخت مسکن استفاده می‌شوند که کاربردهای آنها به عنوان عایق‌های حرارتی، تصفیه‌کننده‌های هوا، سطوح خودتمیزکننده، ضدخوردگی‌ها، دفع‌کننده‌های رطوبت و میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا را برجسته می‌کند. علاوه بر این، برخی از نانوذرات می‌توانند به عنوان بایندرهای سیمان استفاده شوند که بهره‌وری بالاتری دارند و در نتیجه هزینه‌های کمتری در بخش ساخت و ساز دارند. هم از دیدگاه زیست محیطی، اقتصادی و کیفی، نانومواد خواص عملکردی به روش‌های ساخت مسکن سنتی اضافه می‌کنند.

 علاوه بر این، برخی از این نانومواد از طریق روش‌های سازگار با محیط زیست قابل تهیه هستند، یعنی از منابع طبیعی فراوان یا از پسماندهای کشاورزی و صنعتی استخراج می‌شوند که به بازنگری این محصولات و در نتیجه کاهش تأثیرات زیست محیطی صنعت ساخت و ساز کمک می‌کنند. نانوتکنولوژی یک حوزه نویدبخش با کاربردهای جالب در صنعت ساخت مسکن است، هرچند مزایا و معایب این نوع مواد به عنوان افزودنی در مخلوط‌های ساختمانی مسکن، سطح استفاده آنها و همچنین تأثیر آنها در سطح فنی-ساختاری هنوز نیاز به بررسی و مطالعه عمیق دارند.

اگرچه تعداد زیادی از کارهای تحقیقاتی به بررسی استفاده از نانومواد در صنعت ساخت و ساز پرداخته‌اند، اما در کاربرد این نانومواد در ساخت مسکن یک خلا وجود دارد. علاوه بر این، رویکرد کمی برای استراتژی‌های آماده‌سازی افزودنی‌های ساخت با نانومواد و نانوذراتی که از منابع سازگار با محیط زیست به دست می‌آیند و همچنین اثر تقویت‌کننده آنها بر روی ماده نهایی وجود دارد. بنابراین، این مقاله قصد دارد تا پیشرفت‌های اخیر در استفاده از نانومواد در ساخت مسکن را بررسی کند، روش‌های آماده‌سازی را تحلیل کند و اینکه چگونه این مخلوط‌ها می‌توانند ویژگی‌های بتن، مواد سبک و پوشش‌های سطحی را بهبود بخشند تا ساخت زیرساخت‌های کارآمدتر و دوستدار محیط زیست را ترویج کنند. علاوه بر این، مقایسه‌هایی بین عملکردهای بهبود در سطح ساختاری در نانومواد تحلیل‌شده ایجاد می‌شود و سناریوهایی که در آنها ماده می‌تواند مناسب در نظر گرفته شود، ارائه می‌شوند.

 

نانومرکب‌های مورد استفاده در ساخت مسکن.

نانومواد اصلی که در بخش ساخت مسکن آزمایش شده‌اند، به همراه ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی که به آنها اجازه می‌دهد به عنوان افزودنی‌های ساخت مؤثر باشند و همچنین مزایای محیط زیستی، اقتصادی و زیبایی‌شناسی بالقوه آنها در طراحی و ساخت خانه‌ها، در زیر مورد بحث قرار گرفته‌اند.

 انواع نانومواد مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز

 دی‌اکسید تیتانیوم

TiO2 یک نانوماده (10-100 نانومتر) است که به خاطر قابلیت فوتوکاتالیستی خود شناخته شده است، ویژگی‌ای که برای افزایش دوام، استحکام و کارایی مواد ترکیبی در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد. ادغام TiO2 در ترکیبات سیمانی فوتوکاتالیستی یک رویکرد نوآورانه برای افزایش عمر خدماتی ساختمان‌ها و کاهش آلودگی محیط زیست است. این نانوماده به خاطر دسترسی اقتصادی، پایداری شیمیایی و غیرسمی بودن آن، محبوب است و به کاهش آلاینده‌های شهری مانند اکسیدهای نیتروژن و کربن در هنگام ترکیب با سیمان کمک می‌کند.

 

ضایعات ساختمانی بازیافت شده وتاثیرآن بر محیط زیست ||جذابیت روستایی و شخصیت منحصربه فردساختمان

 

قابلیت ادغام TiO2 در ترکیبات به دلیل سازگاری شیمیایی و فیزیکی آن با طیف گسترده‌ای از مواد است که اجازه می‌دهد به مورفولوژی‌ها و اندازه‌های ذرات مختلف تطابق یابد. این تطابق‌پذیری یکنواختی پراکندگی TiO2 درون ترکیب را تضمین می‌کند و تعامل بین این نانوماده و ماده میزبان را بهینه می‌کند. چنین یکنواختی نه تنها برای بهبود خواص فوتوکاتالیستی TiO2 ضروری است، بلکه برای تقویت استحکام مکانیکی و دوام ماده ترکیبی نیز حیاتی است.

نانولوله کربنی

CNT‌ها ساختارهای متقارنی هستند که از اتم‌های کربن با قطر 3-15 نانومتر تشکیل شده‌اند و به صورت شش‌ضلعی و پنج‌ضلعی چیده شده‌اند. این نانوذرات به دلیل ویژگی‌های ساختاری، الکتریکی و مکانیکی خود به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند، بنابراین هزینه پایین، هدایت بالا و سطح بالای آنها، آنها را به عنوان تقویتی جالب برای مواد پلیمری، آلیاژهای فلزی و سرامیک‌ها متمایز می‌کند.

 پیش‌ماده‌های شیمیایی که به طور معمول برای سنتز این نانومواد استفاده می‌شوند شامل استیلن، زیلن، بنزن، اتیلن و مونوکسید کربن هستند و از استراتژی‌های سنتز بر اساس فرآیندهای فیزیکوشیمیایی مانند الکترولیز، رسوب شیمیایی، سونوشیمی، تخلیه قوسی و ابلاسیون لیزری استفاده می‌کنند. این تکنیک‌های سنتز امکان دست‌یابی به CNT‌ها با پیکربندی‌های ساختاری مختلف را فراهم می‌کنند که به نحوه رول شدن ورق گرافن بستگی دارد. توانایی پذیرش شکل‌ها و مورفولوژی‌های لوله‌ای مختلف، تطابق آنها را با شرایط فیزیکی و شیمیایی مخلوط‌های افزودنی‌های ساختی تسهیل می‌کند، به این ترتیب که مدول‌های استحکام ساختارهای مبتنی بر مواد سیمانی را بهبود می‌بخشد.

 

 

ادغام نانولوله‌های کربنی در مواد ساختمانی ویژگی‌های مکانیکی آنها را بهبود می‌بخشد و در عین حال به بهبود هدایت الکتریکی و پایداری حرارتی نیز کمک می‌کند. این نانومواد باید به حداکثر ممکن بتوانند تماس‌های محکم با ماده میزبان ایجاد کنند و به طور یکنواخت در یک ماتریس پخش شوند. این یک رویکرد نوین برای سنتز مواد چندکاربردی ارائه می‌دهند که با تحولات مدرن در مهندسی مواد و همچنین ساخت فناوری‌های پایدار با عملکرد بالا سازگار است.

مزیتهای استفاده از مواد نانوکامپوریت در ساختمان سازی:

بهبود استحکام بتن پایه پرتلند با افزودن نانومواد

بهبود مقاومت در برابر خوردگی و تخریب فولادهای تقویت‌کننده با افزودن نانومواد

استفاده از نانومرکب‌ها برای دفع رطوبت، گرد و غبار، اثر انگشت و باکتری در قطعات ساختمانی

عایق حرارتی و محافظت در برابر UV

مواد نانومرکب در سلول‌ها و پانل‌های فتوولتائیک نسل جدید

مواد ضد آب با کیفیت بالا و ماندگاری طولانی و مواد آب‌بند

مواد نانومرکب در قطعات الکترونیکی و قطعات ارتباطات و روشنایی

مواد نانومرکب در تولید فیلترهای آب، تصفیه‌کننده‌ها و تجهیزات تصفیه

این پیشرفت‌ها راه را برای روش‌های ساخت و ساز هوشمندتر، پایدارتر و کارآمدتر هموار می‌کنند.

کاربرد نانوتکنولوژی در مواد سرامیکی

 

تاثیر پاندمی کووید بر معماری || معماری انعطاف پذیر،نوآوری ها وتغیرات در دوران پاندمی

 

به دلیل ویژگی‌های مکانیکی فاز دوم، نانومواد اکسید دارای فرآیند هنری متفاوتی از سرامیک‌های معمولی هستند. به طور نسبی، هزینه و مصرف به طور طبیعی افزایش می‌یابد. سرامیک‌های حاوی 20٪ نانوپودر کبالت مواد مقاوم در برابر دماهای بالا برای نازل‌های جت راکت هستند. از این نظر، آنها برتر از مواد سرامیکی همگن سنتی هستند. در زمینه مصالح ساختمانی، سرامیک‌ها همیشه مورد علاقه مردم بوده‌اند، بنابراین افزودن نانومواد به مواد سرامیکی جهت توسعه در طراحی معماری مدرن است. در سال‌های اخیر، توسعه و کاربرد سرامیک‌های نانومرکب به نسبت بالغ شده‌اند. مواد سرامیکی متخلخل نانوتکنولوژی ممکن است گاز زباله صنعتی را فیلتر و جدا کند. سرامیک‌های متخلخل مقاومت حرارتی قوی و مقاومت به خوردگی شیمیایی را فراهم می‌کنند و همچنین ماندگاری طولانی و نگهداری کم دارند.

با رشد مداوم سطح اقتصادی و بهبود سطح ساخت و ساز، نیازهای مردم برای ساختمان‌ها نیز به طور مداوم به روز می‌شود که تأثیراتی بر توسعه مفاهیم معماری، طراحی معماری، مصالح ساختمانی و ساخت و ساز دارد. ساخت و ساز زیرساخت‌ها همچنین یک صنعت مهم برای توسعه اقتصاد ملی یک کشور است، بنابراین تقاضا بسیار گسترده است. در صنعت ساخت و ساز کنونی در بیشتر کشورها، مصرف مصالح ساختمانی بیش از نیمی از کل مصرف را تشکیل می‌دهد. 52٪ از تقاضا و مصرف بزرگ بر روی فولاد و سیمان متمرکز است. بنابراین، بهبود مصالح ساختمانی نه تنها سبک طراحی ساختمان را تغییر خواهد داد؛ بلکه به ایمنی، کاربردپذیری و دوام ساختمان‌های مهندسی نیز کمک خواهد کرد. به عنوان یک شاخه مهم از مواد محیط زیستی، بر اساس معنای آن، مصالح ساختمانی محیط زیستی باید به هماهنگی با محیط زیست در فرآیند تولید، استفاده، دفع و بازیافت مواد اشاره کنند تا کمترین مصرف منابع و انرژی، کمترین یا بدون آلودگی محیط زیست و بهترین عملکرد استفاده را برآورده کنند؛ بالاترین نرخ بازیافت نیاز به طراحی و تولید مصالح ساختمانی دارد.

 

با توجه به سرعت توسعه کنونی، مسئله مصرف انرژی ساختمان به تدریج به یک مشکل فوری تبدیل شده است که نیاز به حل شدن دارد. این نه تنها موجب هدر رفت خاصی می‌شود، بلکه آلودگی قابل توجهی به محیط زیست وارد می‌کند. بنابراین، تحت تأثیر شرایط مختلف، مصالح ساختمانی جدید جایگاه مهم‌تری پیدا کرده‌اند. بسیاری از کشورهای جهان نانوتکنولوژی را به عنوان یک پروژه اساسی ملی مهم در نظر گرفته‌اند. اگرچه نانوتکنولوژی هنوز به طور گسترده به بازار اعمال نشده است، تحقیقات پایه‌ای زیادی در سطح فنی و تئوریکی تکمیل شده است و برخی از فناوری‌های پیشرفته به تدریج به زمینه‌های پیشرفته اعمال شده‌اند. با این حال، هنوز برخی از مشکلات فنی وجود دارند که به خوبی برطرف نشده‌اند، مانند چگونگی کنترل ساختار و عملکرد نانومواد.

 

پنجره های دوجداره ،رکن مهم در خانه سازی|| عایق کامل دربرابر اتلاف انرژی،مدرن وکارآمد

 

 هزینه مواد ساختمانی نانومرکب در بتن اصلاح‌شده و پوشش‌های معماری بسیار بالا است و برای کاربرد کامل زمان می‌برد. به عنوان یک رشته جدید، نانوتکنولوژی به ناچار تمام مناطق جامعه را تحت تأثیر قرار خواهد داد و به ناچار تأثیر غیرقابل‌تخمینی بر بهبود عملکرد و استفاده از مصالح ساختمانی سنتی خواهد داشت. مواد ساختمانی نانومرکب با روند توسعه اقتصاد، حفاظت محیط زیست، سبز و صرفه‌جویی در انرژی سازگار هستند و به اولویت اصلی ملاحظات طراحی معماری کنونی و آینده و نمایانگر چشم‌انداز توسعه آینده صنعت ساخت و ساز تبدیل شده‌اند. در حال حاضر، سیستم مواد ساختمانی نانومرکب که به موقع طراحی شده است، کامل و متنوع است و سهم آن در بازار همچنان در حال گسترش است. با ترویج استراتژی توسعه پایدار چین و توسعه زمینه ساخت و ساز، مواد ساختمانی جدید به طور حتم دارای مزایای منحصر به فرد خود در صنعت ساخت و ساز خواهند بود، درخشان خواهند بود و توسعه و پیشرفت انسانی را ترویج خواهند کرد.

 

خانه هایی از سنگ ،مقاوم وماندگار || ضد آلرژی ،پایدار وتطبیق پذیر با هر عصر وزمان

 

معماری به عنوان یک بیان ویژه فرهنگ و تاریخ، سبک‌های ملی و قومی و رسوم مناطق مختلف را در مرحله طراحی اولیه ادغام می‌کند. در فرآیند طراحی معماری، باید به طور کامل معانی فرهنگی و جهت آینده تولید معماری را در نظر بگیریم. عملکرد معماری باید روح انسانی دوره‌های مختلف را منعکس کند. ماده حامل مادی ساختمان است و از طریق آن طبع روحی که ساختمان باید داشته باشد را منعکس می‌کند. با توسعه و گسترش فناوری‌های جدید، طراحی معماری در روش‌های بیان خود پیشرفت‌های بزرگی کرده است و به طراحان تخیل بیشتری داده است. بر این اساس، مواد کنونی باید بهینه استفاده شوند، نواقص آنها به طور معقول جبران شوند، نقاط قوت برای اجتناب از نقاط ضعف استفاده شوند و هماهنگی با زمان تأکید شود.

 

ترجمه وگرداوری : ندا خدری