تکنولوژی جدید ساختمان سازی؛شیشه های ضد بازتاب و خودتمیز شونده

واحد دانش و تکنولوژی تبیان زنجان

اخیرا یک تیم تحقیقاتی در موسسه فناوری ماساچوست روشی یافته‌اند که با استفاده از آن شیشه‌هایی تولید می‌شود که نور را منعکس نمی‌کنند؛

این شیشه‌ها هیچ بازتابشی نداشته، بنابراین کاملا غیرقابل تشخیص هستند.

یکی از ویژگی‌های بارز شیشه‌ها آن است که قادرند نور را انعکاس دهند، این در حالی است که پژوهشگران این پروژه می‌گویند ‍شیشه‌هایی که آنها تولید کرده‌اند، مبتنی بر نانوالگوهایی است که در نهایت منجر به بروز رفتارهای خودتمیز شوندگی، ضد مه بودن و ضدانعکاس می‌شود.

آنها امیدوارند با استفاده از یک فرایند ارزان‌قیمت بتوانند این محصول را به تولید انبوه رسانده و روانه بازار کنند.

از این شیشه‌ها می‌توان در تلویزیون‌ها، پنل‌های خورشیدی، شیشه‌های خودروها و پنجره ساختمان‌ها استفاده کرد.

پنل‌های فتوولتائیک طی مدت شش ماه نیمی از کارایی خود را از دست می‌دهند که دلیل این امر تجمع غبار و آلایندگی در سطح آنها است. اگر در پنل‌ها از این فناوری استفاده شود، سطوح آلوده نشده و مشکل کمتری پیش می‌آید.

در واقع کارایی این پنل‌ها نسبت به پنل‌های رایج افزایش می‌یابد که دلیل آن عبور نور بیشتر از میان صفحات آن است.

بخشی از نور که در پنل‌های معمولی از سطح منعکس می‌شود، در این پنل‌ها منعکس نشده و جذب می‌شود.

مشکل انعکاس در هنگام صبح و عصر به حداکثر خود می‌رسد، به‌ طوری که به‌ دلیل زاویه تابش نور خورشید بیش از 50 درصد از نور خورشید منعکس می‌شود، اما در پنل‌های ضد انعکاس، انعکاس به رقم ناچیزی می‌رسد.

از دیگر مزایای این پوشش آن است که ضد آب بوده و قادر است پنل‌ها را به‌ مدت طولانی‌تری پاکیزه نگه دارد.

البته پیش از این پوشش‌های ضد آب توسط محققان دیگری نیز ارائه شده بود، اما هیچ یک ضد انعکاس نبودند، بنابراین داشتن این دو ویژگی از مزایای خاص این پوشش جدید است.

محققان این پروژه می‌گویند اگر قیمت تولید این شیشه‌ها کاهش یابد، از آنها می‌توان در خودروها هم استفاده کرد.

در سطح این شیشه‌ها از الگوهای مخروطی شکل استفاده شده است که طولی در حدود 200 نانومتر دارند.

برای تولید این سطوح ابتدا سطح شیشه را با استفاده از مواد مقاوم در برابر نور پوشش می‌دهند، در قدم بعد این سطح را الگو داده و سپس در معرض تابش قرار می‌دهند. با استفاده از فرایند اچ کردن می‌توان اشکال مخروطی شکل ایجاد کرد.

بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن

واحد دانش و تکنولوژی تبیان زنجان

بتن

تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکپ هایAFM ،SEM ، FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود

نانوسیلیس ها(SiO2)

با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی ازH-C-S(کلسیم- سیلیکات - هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.

نانولوله های کربنی (CNT)

تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهای نانولوله های کربنی در حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است.

درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.

نانو ذرات رس (Nano-Clay)

برخی از انواع نانوذرات درچسب های (ملات های binder) مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس(Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.

نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت(Fe2O3)

درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2)

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن وتجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار(VOC) وغشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند.

بتن حاویTiO2 دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.

فولاد

فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است. تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.

حسگرها

حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت ودوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر؛ اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند؛ دما، رطوبت، غلظت کلر، PH ؛دی اکسیدکربن، تنش، خوردگی میلگردها وارتعاش طراحی شوند.

شدیدترین زلزله تاریخ ژاپن؛ 8.9 ریشتر

اگرچه زلزله8.9 ریشتری ژاپن، در ردیف پنجم10 زلزله بزرگ تاریخ قرار گرفت، اما از لحاظ تعداد تلفات انسانی در ردیف کم‌تلفات‌ترین زلزله‌های بزرگ تاریخ قرار دارد.

زلزله‌ای در عمق 10 کیلومتری

در تاریخ 11 مارس 2011 برابر با 20 اسفند 1389 ساعت 14:46 به وقت محلی (5:46بامداد به وقت گرینویچ)، مردم ژاپن و خصوصا ساکنان مناطقی که در سواحل اقیانوس آرام قرار دارند زلزله شدیدی را احساس کردند. شدت این زمین لرزه به حدی بود که تکان‌های ناشی از آن در توکیو، پایتخت و بسیاری دیگر از شهرهای ژاپن احساس شد.زمان زیادی از وقوع زلزله نگذشته بود که تلویزیون ملی ژاپن اعلام کرد کانون این زمین‌لرزه که با بزرگی8.9در مقیاس ریشتر، در نزدیکی سواحل شمال شرق ژاپن در اقیانوس آرام روی داده، در نقطه‌ای در 400‌کیلومتری شمال شرق توکیو و در عمق 10کیلومتری بستر اقیانوس آرام قرار دارد.

زنگ هشدار

درحالی‌که وحشت از زلزله سراسر ژاپن را فرا گرفته بود، خیلی زود خبرهای بدتری منتشر شد که این وحشت را 100برابر کرد؛ هشدار درباره وقوع یک سونامی مرگبار. براساس این هشدارها، تا ساعاتی بعد سونامی‌ای با امواجی به ارتفاع 10 متر، سواحل ژاپن، فیلیپین، هاوایی، اندونزی، تایوان و سواحل روسیه در اقیانوس آرام را دربرمی گرفت. با انتشار این هشدار، برخی از کشورهای منطقه اقدام به انتقال ساکنان مناطق ساحلی به مناطق امن کردند و از جمله روسیه با صدور هشدار وقوع سونامی، از اهالی سواحل شرقی این کشور خواست تا به مناطق مرتفع پناه ببرند.

فرار به ارتفاعات

ساعاتی بعد از وقوع زمین لرزه، شبکه‌های تلویزیونی ژاپن تصاویر هوایی حرکت امواج به سوی سواحل این کشور و فرار ساکنان این مناطق به سوی ارتفاعات را پخش کردند.

در گزارش‌های بعدی، تصاویری از هجوم سونامی به سواحل شمال شرق هونشو، جزیره اصلی ژاپن از شبکه‌های تلویزیونی پخش شد. این تصاویر حاکی از خسارت به اتومبیل‌ها و ویرانی برخی ساختمان‌های ساحلی از جمله در شهر اوناهاما در استان فوکوشیما بود.

پالایشگاه در آتش

اگر چه تا بعد از ظهر روز گذشته تلفات انسانی این حادثه 400نفر گزارش شده بود اما گزارش‌های متعددی درباره واردآمدن خسارت به تاسیسات شهری و از جمله یک پالایشگاه نفت در نزدیکی توکیو منتشر شد. براساس این گزارش‌ها این پالایشگاه دستخوش حریق شده و دود غلیظی آن را فرا گرفته است.در همین حال، خبرگزاری ژاپنی کیودو گزارش کرد که فرودگاه ناریتا در توکیو نیز به‌دنبال وقوع این زمین‌لرزه برای مدتی فعالیت خود را متوقف کرد و قطار فوق‌سریع این کشور نیز لحظاتی متوقف شد.

سونامی در طبقه اول

در همین حال به گزارش خبرگزاری الجزیره، ارتفاع امواج ناشی از سونامی در برخی از شهرهای ساحلی به حدی بلند است که ارتفاع آن تا طبقه اول ساختمان‌ها رسیده است و این امواج به حدی قدرتمند هستند که کشتی‌ها و قایق‌ها، خودروهای سواری، تانکرها و خودروهای سنگین را به داخل خیابان‌های شهرها کشانده است. فرودگاه سندایی در شمال ژاپن نیز کاملا به زیر آب رفته و باند هواپیماها را خودروهایی که آب آنها را با خود آورده، پوشانده است.

تهدید هسته‌ای

در همین حال درحالی‌که آسوشیتدپرس گزارش داده که در منطقه میاگی در شمال شرق ژاپن، ساختمان یکی از تاسیسات اتمی بر اثر آتش سوزی شکاف برداشته است، نخست‌وزیر ژاپن در نخستین واکنش به زلزله با بیان اینکه این زلزله هیچ خسارتی بر تاسیسات هسته‌ای این کشور نداشته است، تاکید کرد: با این حال زلزله خسارت‌های بسیار زیادی در مناطق شمال شرق بر جای گذاشته است. وی همزمان با اشاره به ورود نهادهای امنیتی برای مدیریت بحران، از مردم این کشور خواست آرامش خود را حفظ کنند. در همین حال عباسعلی تسلیمی، رئیس پژوهشگاه بین‌المللی زلزله و زلزله‌شناسی، با اشاره به اینکه احتمال افزایش تلفات زلزله ژاپن زیاد است، به همشهری گفت: با وجود اینکه مرکز زلزله کیلومترها با شهری مثل توکیو فاصله داشته اما باعث وارد آمدن خسارات فراوانی به تاسیسات این شهر و حتی تاسیسات هسته‌ای آن شده است. بنابراین احتمال می‌رود تعداد قربانیان این زمین‌‌لرزه به سرعت افزایش یابد. وی با اشاره به تفاوت موقعیت ژاپن با کشورهایی مثل ایران افزود: زلزله دیروز ژاپن به خاطر گسلی به طول حدود 500 کیلومتر رخ داده است، درحالی‌که به طورمثال زمین‌لرزه مرگباری که سال 57 طبس را لرزاند و هزاران قربانی بر جای گذاشت، به خاطر گسلی به طول 5‌کیلومتر رخ داده بود. تسلیمی خاطرنشان کرد: خوشبختانه به‌رغم اینکه ایران کشور زلزله خیزی است اما تا‌کنون زمین‌لرزه‌‌ای به قدرت 8ریشتر و بیشتر از آن در کشور رخ نداده و این مسئله به خاطر تفاوت لایه‌های زمین در نقاط مختلف دنیاست؛ به همین دلیل نوع زمین‌لرزه‌هایی که در کشورهای مختلف رخ می‌دهد و میزان خساراتی که این زمین‌لرزه‌ها برجا می‌گذارند با هم متفاوت است.

بزرگ‌ترین‌ زلزله‌های جهان

سازمان زمین‌شناسی آمریکا 5 زلزله بزرگی که تا‌کنون در نقاط مختلف دنیا به وقوع پیوسته را اینگونه اعلام کرده است:

خرداد 1339- زلزله‌ای9.5 ریشتری در جنوب شیلی که منجر به بروز سونامی شد و هزار و 716 کشته بر جای گذاشت.

فروردین ۱۳۴۳- زلزله‌ای 9.2 ریشتری، آلاسکا را لرزاند و منجر به بروز سونامی شد. در این زمین لرزه 128 نفر کشته شدند.

6 دی‌ماه 83- زلزله‌ای با شدت 9 در مقیاس ریشتر، جزیره سوماترا‌در اندونزی را لرزاند و منجر به بروز سونامی شد و 226 هزار نفر از 12 کشور کشته گرفت.

مرداد 1247- زلزله‌ای که با شدت 9 در مقیاس ریشتر «آریکا» در شیلی را لرزاند، منجر به بروز سونامی عظیم شده و 25 هزار کشته در آمریکای جنوبی بر جای گذاشت.

اسفند 89 - زلزله‌ای با شدت 8.9 ریشتر، ژاپن را لرزاند و باعث وقوع سونامی شد.

ترکهای سطوح بتنی

انواع ترکهای سطوح بتنی:

بتن، مانند دیگر مصالح ساختمانی با تغییرات موجود در مقدار رطوبت و درجه حرات، انقباض و انبساط می یابد و با توجه به بار وارده و شرایط نگاهداری، تغییر شکل می دهد. زمانی که تمهیداتی برای این حرکات در طراحی و اجرا فراهم نشود، آنگاه ترکها ایجاد می شود. برخی از انواع ترکهای معمولی عبارتند از :

شکل A- ترکیدگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک

شکل B- ترکهای ناشی از اتصال ناصحیح

شکل C- ترکهای ناشی از قیود خارجی پیوسته (مثلاً دیوار درجا ریخته شده مقید در امتداد لبه تحتانی بر روی پی نواری).

شکل D- ترکهای کف زیرزمین

شکل E- ترکهای موازی لبه قطعات صفحه ای (D-Cracking) ناشی شده از انجماد و آب شدگی.

شکل F- ترکهای پوست ماری

شکل G- ترکهای ناشی از نشست

ترک ها به ندرت سلامت سازه ای را تحت تأثیر قرار می دهند. بیشتر ترکهای تصادفی انفرادی بدنما هستند و اگرچه آنها به آب اجازه ورود می دهند ولی به خرابی پیشرونده منتهی نمی شوند و فقط آنها بدمنظره می باشند.
ترکهای نقشه دار (پوست ماری) با فاصله نزدیک، و یا ترکهای موازی لبه قطعات ناشی شده از انجماد و آب شدگی از این قضیه مستثنی هستند و ممکن است به خرابی نهایی منتهی شوند.

چرا سطوح بتنی ترک برمی دارند؟
اکثـر ترکهای بتنی معمولاً به علت طراحی نـادرست و روشهای اجرائی نـامناسب ماننـد موارد زیر حاصل می شوند :

الف) حذف درزهای جداساز کننده و کنترلی و روشهای ناصحیح اجرای اتصالات و درزها.
ب) آماده سازی زیربنایی (بستر زیرکار) به روش غلط.
ج) استفاده از بتن با اسلامپ بالا و افزودن آب اضافی در کارگاه به آن.
د) پرداخت کاری ناصحیح.
هـ) عدم عمل آوری و یا عمل آوری ناکافی و نامناسب.

چگونگی جلوگیری و یا کاهش ترک خوردگی
تمام بتن ها برای ترک خوردگی تمایل نشان می دهند و تولید مداوم بتن کاملاً عاری از ترک خوردگی امکان پذیر نیست.

بهرحال، ترک خوردگی می تواند در صورتی کاهش یافته و کنترل شود که محافظت های اساسی زیرین رعایت شوند :
الف) بستر زیرکار و قالب بندی : تمام خاک روئی (خاک دستی) و نقاط نرم باید برداشته شوند. صرفنظر از نوع خاک، زیر قطعه بتنی باید فشرده شده و یا کرسی چینی شده و یا بوسیله غلتک کاری، ویبره کاری و یا کوبیدن کاملاً فشرده شده باشد. دال بتنی و بستر زیرکار باید جهت زهکشی شیب مناسبی داشته باشد. بستر زیرکار صاف، هموار و ترازبندی شده بـه جلوگیری از ترک خوردگی کمک می کنند. قالب ها باید بطوری ساخته و مهار شده باشند که بتواند در مقابل فشار بتن، بدون حرکت و جابجائی مقاوم و استوار باشد.
ورق های پلی اتیلنی (Poly Ethylen) مانع تبخیر آب شده، آب آوری تراوش (Bleeding) را افزایش می دهد و بطور فوق العاده ترک خوردگی بتن با اسلامپ بالا را افزایش می دهند.
برای کاهش ترواش و آب آوری روی ورق های پلی اتیلن را با 1 تا 2 اینچ (5/2 تا 5 سانتیمتر) از ماسه مرطوب بپوشانید. بلافاصله قبل از استقرار بتن، بستر زیرکار، قالب ها و آرماتور را مرطوب سازید.

ب) بتن : بطور کلی از بتن با اسلامپ متوسط که مقدار آن بیشتر از 5 اینچ (5/12 سانتیمتر) نباشد استفاده نمائید. از آب زدن مجدد به مخلوط بتن خودداری نمائید. اگر بتنی با اسلامپ بالاتر یعنی تا حدود 7 اینچ (5/12 سانتیمتر) الزاماً بکار برده شود، نسبت ها ناچاراً تغییر خواهند یافت و برای جلوگیری از آب آوری زیاد، جداشدگی و کاهش مقاومت مخلوط های خاصی طراحی خواهد شد. برای دال های رو باز و برای مکانهائی که در معرض هوای منجمد کننده قرار دارند بتن حباب هوادهی شده اختصاص دهید.

ج) پراخت کاری : کارهای پرداختی را با آب موجود روی سطح انجام ندهید. شمشه کشی اولیه باید بلافاصله بوسیله تخته ماله کشی (Bull Floating) انجام گیرد. برای ایجاد اصطکاک بهتر در روی سطوح خارجی از پرداخت جاروئی استفاده نمائید. اگر تبخیر آب بیش از حد باشد، آنرا بوسیله وسائلی برای جلوگیری از ترکیدگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک کاهش دهید. در صورتی که شرایط جوی شدید باشد، بتن را با گونی خیس و با ورقه های پلی اتیلن در بین عملیات پرداخت بپوشانید.

د) عمل آوردن : حتی المقدور هرچه زودتر عمل آوری را شروع نمائید. سطح را با ترکیب عمل آورنده غشاء مایعی (مایع کیورینگ) اسپری نمائید و یا آن را با گونی خیس پوشانیده و حداقل آن را به مدت 3 روز مرطوب نگاهدارید. یک کاربرد ثانوی از مواد عمل آورنده در روز بعد، باعث افزایش یک مرحله تضمین کیفیت خوب می باشد.

هـ) اتصالات (درزها و ژوئن ها) : باید با درزهای کنترلی به عمق یک چهارم ضخامت دال که بوسیله اره کردن و یا فشار دادن در فواصلی کمتر از 30 برابر ضخامت دال ایجاد می شود، تمهیداتی جهت حرکات انقباضی یا انبساطی ناشی شده از تغییرات دما و رطوبت اتخاذ نمود.
اغلب جهت سطوح وسیع با ضخامت کم، کمتر کردن فواصل درزهای کنترلی لازم به نظر می رسد.
سطح موردنظر نباید حدوداً متجاوز از 5/1 برابر پهنای آن باشد. درزهای جداکننده باید هر موقع که محدودسازی آزادی در حرکت عمودی یا افقی پیش بینی شده باشد، فراهم شود، مانند جائی که کف ها با دیواره ها، ستونها و یا پی های سطحی بهم می رسند. این درزها کاملاً عمیق بوده و با قراردادن برخی از انواع مواد مانند استایروفوم برای جلوگیری از اتصال بین دال و دیگر اجزاء ساختمانی ساخته می شوند.

و) پوشش روی آرماتورها : ترکهای موجود در بتن حاصل از انبساط، زنگ زدگی روی آرماتورهای فولادی، باید بوسیله ایجاد پوشش بتنی کافی به میزان حداقل 2 اینچ (5 سانتیمتر) برای جلوگیری از تماس نمک و رطوبت با فولاد ممانعت شود.

برای کاهش ترک خوردگی از این دستورات پیروی نمائید.
1) اعضاء را برای تحمل تمام بارهای پیش بینی شده طراحی کنید.
2) درزهای کنترلی و جداکننده مناسب تهیه نمائید.
3) در عملیات دالهای روی زمین، بستر زیرکار پایدار و استوار تدارک ببینید.
4) بر طبق دستورهای وضع شده بتن را مستقر ساخته و پرداخت نمائید.
5) بتن را به روش صحیح و مناسب، حفاظت و عمل آوری نمائید.

Reference
1- ACI 302