کاربرد فناوری نانو در گچ ساختمانی

فناوری نانو چیست؟

فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با کنترل ابعاد در محدوده 100-1 نانومتر و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می شود. در مقیاس نانومتری، ذرات دستخوش تغییرات شده و خواص شیمیایی و فیزیکی ویژه ای از خود نشان می دهند. در چند سال گذشته استفاده از علم نانو بسیار فراگیر شده و به سرعت در حال پیشرفت و گسترش است. همگام با توسعه فناوری نانو در صنایع مختلف، توجه به کاربردهای این علم، در صنعت ساختمان سازی نیز منجر به پیشرفت هایی در این زمینه گردیده است. در سال های اخیر و با شروع بهسازی مواد در حوزه مصالح ساختمانی، نانو مواد به عنوان مواد مکمل در مصالح کاربرد دارند. به عنوان مثال، فناوری نانو از طریق به کارگیری نانو پودرها به عنوان مواد مکمل در مخلوط سیمان و گچ باعث بهبود در مقاومت، استحکام و فرایند پذیری این مصالح می شوند.

گچ و کاربردهای آن:

گچ ازجمله مصالحی است که در صنایع ساختمان سازی از اهمیت ویژه ای برخوردار هست و به علت ویژگی هایی که دارد از زمان های قدیم در امر ساختمان سازی مورداستفاده بوده است. گچ از پختن و آسیاب کردن سنگ گچ به دست می آید. سنگ گچ از گروه مصالح ساختمانی کلسیم دار است که به وفور در طبیعت یافت می شود و تقریباً در تمامی نقاط زمین وجود دارد. سنگ گچ با فرمول CaSO4,2H2O از سنگ های رسوبی است و به علت میل ترکیبی شدیدی که دارد به طور خالص یافت نمی شود و بیشتر به صورت ترکیب با کربن یا اکسیدهای آهن یافت می شود. سنگ گچ یا به صورت سولفات کلسیم آبدار یافت می شود که به آن گچ خام هم گویند و یا به صورت سولفات کلسیم بدون آب (CaSO4) به دست می آید که به آن هیدرات گفته می شود. سنگ گچ پس از استخراج از معدن به کوره می رود و تا دمای نزدیک به 180 درجه سانتی گراد گرما می بیند تا شماری از مولکول های آب تبلورش را از دست بدهد و به فرم گچ قابل به کارگیری در مصالح ساختمانی و قالب سازی درآید.

گچ به علت خواص خود از اولین قدم در ایجاد یک بنا مانند ریختن رنگ ساختمان برای مشخص کردن اطراف زمین و پیاده کردن نقشه، ملات سازی و گچ وخاک تا آخرین مراحل ساخت بنا مانند سفیدکاری، نصب سنگ، تیغه های آجری و حتی نقاشی ساختمان موردنیاز است.

کاربرد نانو ذرات در گچ:

نانو ذرات مختلف به منظور تغییر و یا بهبود خواص و ویژگی های مواد به آن ها اضافه می شوند. همچنین این نانو ذرات در گچ می توانند باعث بهبود ویژگی های گچ و ایجاد خواص جدید در آن شوند. در زیر به توضیح مختصری در خصوص کاربرد نانو ذرات در گچ پرداخته شده است.

نانو ذرات سیلیس:

نانو ذرات سیلیس یکی از موادی است که استفاده ازآن جهت بهبود خواص مکانیکی و افزایش دوام مصالح ساختمانی نظیر سیمان، بتن و گچ به طورجدی موردتوجه قرارگرفته است. یکی از خواص عمده گچ ازدیاد حجم آن به هنگام سخت شدن و زمان سخت شدن (زمان گیرش) بسیار سریع آن است. آزمایش ها نشان می دهد که افزودن نانو ذرات سیلیس به گچ موجب کاهش جرم مخصوص[1]، افزایش دوام و ثبات گچ، افزایش تخلخل ظاهری، افزایش زمان گیرش و مقاومت فشاری گچ می شود. درنتیجه کامپوزیت نانو سیلیکا- گچ برای کاربردهای با مقاومت بالا، تخلخل بالا و سبک وزن مناسب است و به دلیل هزینه کم، دارای ارزش اقتصادی بسیاری است

نانو ذرات سولفات کلسیم:

با استفاده از فناوری نانو در گچ می توان تیغه های دیواری سبک تر و بسیار مستحکم تری داشت. استحکام و پایداری مکانیکی گچ و مصالح سیمانی می تواند با استفاده از ذرات بسیار ریز نانومتری به طور مشخصی بهبود یابد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که با استفاده از گچ حاوی نانو- آن هیدرات (نانو ذرات سولفات کلسیم بدون آب با اندازه ذرات20 تا 50 نانومتر) خواص مکانیکی در مقایسه با گچ معمولی، بهبودیافته و محصول نهایی بسیار مطلوب تر است. نتایج آزمون اندازه گیری میزان سختی این نوع گچ به روش ویکرز[2] نشان می دهد که سختی این نوع گچ 2 تا 3 برابر بیشتر از گچ متداول با ذرات میکرونی است که دلیل این بهبود ناشی از وجود سوزن های نانو سولفات کلسیم است

ویژگی های گچ حاوی نانو ذرات سیلیس و سولفات کلسیم:

کنترل زمان گیرش گچ از چند دقیقه تا چند ساعت با توجه به میزان مصرف نانو مواد
افزایش 20 الی 80 درصدی مقاومت گچ
امکان کاهش نسبت آب به گچ ( ملات پرمایه )
امکان کاهش جذب آب گچ
افزایش زمان گیرش اولیه و نهایی گچ به صورت جداگانه

آیروژل:

یکی دیگر از کاربردهای فناوری نانو در گچ، استفاده از آیروژل در آن است. آیروژل با اندازه ذرات نانومتری و تخلخل بالا (>95%) ازجمله مواد بسیار سبک با خصوصیات اپتیکى، حرارتى، صوتی و مکانیکى عالى است که از ترکیب ماتریس فاز جامد و فضاهاى خالى در اندازه نانو، که به وسیله ی هوا پرشده اند، ایجادشده است. آئروژل ها طیف وسیعی از خواص فیزیکی برجسته مانند هدایت حرارتی پایین، خواص مکانیکی مناسب، وزن بسیار پایین و توانایی بالا در جذب انرژی را دارا می باشند. پودر آیروژل با ویژگی های عملکردی بالا، خواص و مزیت های بالایی را برای گچ، به عنوان یک محصول برتر که ازلحاظ اقتصادی نیز به صرفه است، ایجاد می نماید.

ویژگی های گچ آیروژلی:

سبک وزن بودن
مقاوم در برابر آتش
بهبود میرایی صدا
هدایت حرارتی پایین و مقاوم در برابر حرارت

گچ با خاصیت آنتی باکتریال و ضد رطوبت:

یکی از مشکلات اساسی گچ ها، خاصیت جذب بالای آن هاست که موجب می شود این مواد بسترهای بسیار مناسبی برای آب، رطوبت و همچنین نوشته ها یا نقاشی هایی باشند که به زیبایی نمای ساختمان آسیب می زنند.

پوشش های ضد رطوبت:

لایه های گچ اگر در مجاورت رطوبت قرار گیرند، طبله کرده و به صورت جدا از هم در دیوار ظاهر می شود و پس ازآنکه رطوبت از بین رفت و محل خشک شد گچ طبله شده به حالت اولیه خود برنمی گردد. به همین علت از به کار بردن گچ در مکان های مرطوب می باید خودداری شود. برای غلبه بر این مشکل و به کمک فناوری نانو، می توان با به کار بردن نانو ذرات آب گریز در ملات گچ یا ایجاد پوشش های بسیار نازک بر روی سطوح گچی از نفوذ آب و رطوبت به داخل گچ خودداری کرد.

پوشش های ضد نوشتار:

پوشش های نازک با خاصیت ضد نوشتار، قدرت چسبندگی اسپری های رنگ و مواد گرافیتی را بر روی سطح کاهش می دهند. این مواد که دارای سطح آب گریزی هستند با فشار اندک آب و شوینده های مناسب باعث از بین رفتن رنگ و نوشته های روی سطح پوشش می شوند. این پوشش ها ماندگار و دائمی هستند و پس از زدودن مکرر نقش ها و نوشته ها از روی سطح، بدون اینکه هیچ گونه تغییری در عملکرد و ظاهر پوشش به وجود آید در محل خود باقی خواهند ماند. این پوشش ها را می توان به صورت اسپری کردن و به صورت رنگ آمیزی روی سطوح موردنظر اعمال کرد.

نانو ذرات سیلیکا با اندازه ذرات بسیار کوچک و سطح تماس زیاد کاربرد فراوانی در پوشش های آب گریز دارند و گزینه مناسبی برای ضد رطوبت و ضد نوشتار کردن گچ است.

پوشش های آنتی باکتریال:

پوشش های آنتی باکتریال از تشکیل باکتری ها، رشد جلبک ها و میکروب ها روی سطح جلوگیری می کنند. با استفاده از پوشش های آنتی باکتریال بر روی سطوح گچی و سیمانی، به شکل قابل توجهی امکان انباشتگی آلودگی بر روی این سطوح کاهش می یابد.

نانو ذرات نقره، به دلیل داشتن خصوصیات ضد میکروبی، یکی از پرکاربرد ترین ذرات در حوزه فناوری نانو هستند و در ابعاد نانومتری خاصیت میکروب کشی این ذرات بیش از 99 درصد است و قادرند بیش از 650 گونه باکتری، ویروس و قارچ را نابود سازند.

نانو ذرات تیتانیا نیز برای آنتی باکتریال کردن گچ و کامپوزیت های گچ گزینه بسیار مناسبی هستند. این نانو ذرات از طریق واکنش های فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی و غشای باکتریایی هستند. این نانو ذرات با جذب نور ماورای بنفش در حضور مولکول های آب، می توانند اجزای اکسیژن فعال تولید کنند که این اجزا قابلیت تجزیه مولکول های آلی و آلودگی های متصل شده به سطح و حذف مؤثر باکتری ها و میکروب ها را دارا می باشند.

ویژگی پوشش های آب گریز و آنتی باکتریال:

مقاوم در مقابل رطوبت و گازهای جوی
مقاومت در برابر تابش نور خورشید
محافظت و جلوگیری از تغییر رنگ مصالح به کاربرده شده در نمای ساختمان
دارای ماندگاری طولانی در موضع اجراشده
خاصیت ضد گردوغبار و ضد دوده نمودن سطح
خاصیت خود تمیز شوندگی سطوح

به کمک فناوری نانو و استفاده از پوشش های آب گریز بر روی سطوح گچی، محافظت دائمی در برابر نفوذ آب، رطوبت، رنگ، باکتری ها و میکروب ها به داخل سطح ایجاد می شود. نانو پوشش فوق نازکی که به این روش ایجاد می شود، منفذهای مویین گچ را بدون اینکه آن ها را مسدود کند و باعث تغییر در رنگ و شکل ظاهری شود، می پوشاند.

آینده و بازار فناوری نانو در گچ:

با ورود فناوری نانو به تمام بخش های ساختمانی و رشد قابل توجه این فناوری، کارشناسان پیش بینی می کنند فناوری نانو در چند سال آینده بازار بزرگی را در صنعت ساخت و ساز به خود اختصاص دهد. همچنین با توجه به اهمیت و استفاده گچ در صنعت ساخت وساز بازار رو به رشدی برای آن انتظار می رود. پیش بینی می شود بازار جهانی گچ ساختمانی با رشد ده درصدی سالانه خود تا سال 2023 به ارزش حدود 8/3 میلیارد دلار برسد و دور از انتظار نخواهد بود که چنین بازار رو به رشدی بستری مناسب برای ورود فناوری نانو و سرمایه گذاری در آن باشد و فناوری نانو بتواند سهم بزرگی از بازار را به خود اختصاص دهد.