نانوفناوری و صنعت ساختمان
بررسی آمار و ارقام نشان میدهد که صنعت ساختمان و پروژههای عمرانی از لحاظ سرمایه و نیروی انسانی درگیر، بزرگترین صنعت در کشور بهحساب میآیند. رشد سریع جمعیت و افزایش تقاضا موجب شده تا نیاز به کاهش زمان تحویل پروژههای عمرانی و کاهش زمان بازگشت سرمایه بیشازپیش احساس شود. این امر موجب شده تا ضرورت استفاده از فناوریهای جدید و ایجاد تحول در شیوههای سنتی در صنعت ساختمان بیشتر شود.
نیاز به استفاده از تکنولوژیهای ساخت متناسب با رشد هر جامعه و بهرهگیری از فناوری در سایر صنایع و توانایی اجرای آن جامعه متغیر است. چنین نیازهایی موجب به وجود آمدن محصولات بر پایه فناوری جدید در صنعت ساختمان شده است. امروزه استفاده از محصولات بر پایه فناوری نانو در صنعت ساختمان میتواند موجب ایجاد مزیتهای رقابتی دیگری همچون کیفیت بالاتر، طول عمر بیشتر بنا و کاهش مصرف انرژی میشود.
بر همین اساس در کشور ما ایران نیز تلاشهای بیشماری در راستای توسعه محصولات بر پایه فناوری نانو در صنعت ساختمان انجام شده است. نتیجه این تلاشها که با حمایتهای ستاد ویژه توسعه فناوری نانو همراه بوده است، فعالیت بیش از ۳۶ شرکت تولیدکننده محصولات نانو و بیش از ۴۲ محصول مختلف است. آمارها نشان میدهد که محصولات حوزه ساختمان بیش از ۶ درصد محصولات نانو تولیدشده در کشور را به خود اختصاص داده است.
کفپوش چیست؟
به تمامی کارهای لازم برای پوششدهی کف، کفسازی گفته میشود. کفسازی آخرین مرحله اجرایی از یک پروژه ساختمانی است. کفسازی با دو هدف محافظت لایه زیرین بنا در برابر عوامل محیطی مثل مایعات خورنده و سایش یا زیباسازی محیط انجام میشود. با توجه به نوع فعالیتهای مرتبط در هریک از فضاهای صنعتی، ورزشی، بهداشتی و بیمارستانی و …، الزامات متفاوتی برای انتخاب و اجرای کفپوش وجود دارد.
| انواع کفپوشها در فضاهای مختلف صنعتی و محیط بیرونی | |
عوامل مؤثر در انتخاب نوع کفپوش
هزینههای اجرای مجدد کفپوش به دلیل تخریب، نامناسب بودن و یا فقدان کیفیت، موجب میشود تا افراد در مرحله انتخاب نوع کفپوش دقت بیشتری داشته باشند. عوامل محیطی تاثیرات مختلفی بر روی کفپوشها دارند. عواملی مثل ضربه، سایش، خوردگی، تغییرات دمایی میتوانند باعث تخریب کفپوش شوند. به همین دلیل لازم است ابتدا شرایط محیطی را شناسایی کرده و سپس با بررسی محصولات و کیفیت کفپوش، سعی کنیم بهترین انتخاب را داشته باشیم.
شرایط و الزامات مختلف در کفسازی موجب شده است تا از مواد مختلفی برای کفسازی استفاده شود. در این بین دو دسته از کفپوشها به دلیل اهمیت و کاربرد بیشتر، اهمیت بهسزایی دارند. در این گزارش سعی شده است تا به این دو دسته بپردازیم: کفپوشهای رزینی صنعتی در کارخانجات، کفپوشهای بیرونی بتنی در فضای باز.
مهمترین مواد مورداستفاده بهعنوان کفپوش
بازارهای جهانی
آمارها نشان میدهد که میزان بازار این محصولات از ۷۵/۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۶ به ۰۷/۶ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۱ خواهد رسید که این نشاندهنده رشد ۵% این بازار است.
کفپوشهای رزینی
کفسازی در مجموعههای صنعتی و فضاهای داخلی نیازمند الزاماتی است که باید درنظر گرفته شود. مواردی همچون آنتیاستاتیک بودن، ضدگردوغبار، آنتیباکتریال و غیره، از جمله مواردی هستند که بسته به شرایط در انتخاب نوع کفپوش مؤثر هستند. یکی از بهترین گزینهها برای کفسازی در فضای داخلی، استفاده از کفپوشهای رزینی بدون درز است.
ضخامت کفپوشهای رزینی بسته به شرایط بین ۱ تا ۶ میلیمتر متغیر است. این کفپوشها را میتوان بر سطح بتن، سنگ، موزاییک و سرامیک اجرا کرد. این کفپوشها مزایای مختلفی دارند که موجب توسعه بیشتر آنها در کارخانجات صنعتی و فضاهای داخلی شده است. از جمله مزایای کفپوشهای رزینی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- استحکام مکانیکی مناسب
- سازگاری با شرایط مختلف آبوهوایی
- یکپارچگی سطح
- آببندی مناسب
- اجرای آسان
کفپوشهای بتنی
کفپوشهای بتنی به دلیل سختی و استحکام نیاز به مراقبت کمتری دارند. همین امر موجب شده تا از این کفپوشها بهعنوان گزینه اول در کفسازی معابر و فضاهای باز استفاده شود. ویژگیهای منحصربهفرد کفپوشهای بتنی موجب شده است تا کاربردهای زیادی داشته باشند. از جمله مهمترین کاربردها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- کفسازی پیادهروها؛
- استفاده از در تقاطع خیابانها؛
- مکانهای پرتردد ماشینآلات سنگین؛
- جایگزین آسفالت در خیابانها.
| کاربردهای کفپوش بتنی | |
کاربرد فناوری نانو در کفپوشهای ساختمانی
فناوری نانو چگونه میتواند باعث بهبود کیفیت کفپوشهای ساختمانی شود؟
وقتی سخن از فناوری نانو و استفاده از آن پیش میآید، دو سؤال عمده در ذهنها شکل میگیرد. اول اینکه فناوری نانو چیست؟ و دوم اینکه این فناوری چگونه میتواند باعث بهبود کیفیت در محصولات شود؟
فناوری نانو، علم تغییر در ساختار ماده، در مقیاس مولکولی و اتمی (ابعاد ۹-۱۰ متر)، با هدف بهبود خواص و کیفیت محصولات است. در انواع کفپوشهای ساختمانی، افزودن نانوذرات باعث ایجاد یک خاصیت جدید در ماده یا بهبود خواص قبلی میشود. این بهبود یا تغییر در خواص بهصورت زیر باشد:
- بهبود خواص سایشی
- بهبود مقاومت شیمیایی و خوردگی
- بهبود مقاومت به ضربه
- ایجاد خواص آنتیباکتریال
فناوری نانو در کفپوشهای رزینی
افزودن نانومواد به رزینها باعث بهبود خواص و کیفیت کفپوشهای رزینی میشود. بسته به مقدار و نوع نانومواد، خاصیت بهدستآمده میتواند متفاوت باشد. بهعنوان مثال نانوذرات سیلیس باعث بهبود استحکام و سختی کفپوش رزینی میشود.
یکی دیگر از مزایای استفاده از نانوذرات در کفپوشها این است که تاثیری بر روی شفافیت رنگ رزین ندارد. به دلیل کوچک بودن اندازه ذرات، افزودنی نانویی تغییری در ظاهر و رنگ کفپوش ایجاد نمیکند.
بزرگترین مزیت افزودن نانوذرات به کفپوشهای اپوکسی افزایش مقاومت به سایش و سختی آن است. این امر در روزهای اول کار کردن کفپوش بسیار حائز اهمیت است و در ادامه باعث افزایش پایداری و طول عمر کفپوش خواهد شد. این امر به معنای حداقل جدایش ذرات از سطح کفپوش در اثر عبور و رفتوآمد بر سطح کفپوش است. جدایش کم ذرات یعنی ایجاد کمتر ذرات معلق در هوا که یکی از معیارهای اصلی در استاندارد ساخت اتاقهای تمیز و فضای کاری در صنایع دارویی و غذایی است.
شرکتهای خارجی
شرکتهای مختلفی سعی کردهاند تا با استفاده از فناوری نانو، کفپوشهای اپوکسی با خواص جدید و بهبودیافته تولید کنند. از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
شرکت x-coat nano
این شرکت توانسته است انواع کفپوشهای رزینی بر پایه روی را توسعه دهد. هدف از این کار افزایش میزان براقی سطح کفپوش است.
استفاده از فناوری نانو در تولید این کفپوشها موجب:
- افزایش میزان استحکام زنجیرههای پلیمری در ساختار کفپوش شده و در نتیجه در مقابل کنده شدن و ایجاد ذرات معلق مقاومتر خواهد بود.
- افزایش چگالی کفپوش نهایی به اندازهای است که باعث ایجاد خاصیت شفافیت و براقی در سطح کفپوش میشود.
- استفاده از فناوری نانو در ترکیب کفپوش باعث افزایش سرعت گیرش میشود.
| نمونه کارهای شرکت x-coat nano | |
شرکت NANO-TECH Coating
شرکت NANO-TECH Coating، تولیدکننده انواع پوششها و درزگیرهای صنعتی است که محصولات آن در برابر انواع مواد شیمیایی مقاومت دارد. این شرکت تولیدکننده انواع کفپوشهای رزینی شفاف و مات بر پایه فناوری نانو است. کفپوشهای تولیدشده این شرکت در مقابل انواع مایعات غذایی، نوشیدنی و اسید مقاوم هستند.
محصول اصلی این شرکت بر پایه اپوکسی است که مقاومت سایشی و استحکامی بالایی دارد. این پوشش قابلیت اعمال بر روی انواع سطوح مثل چوب، بتن، سنگ و … را دارد. میتواند برای محیطهای مختلف مثل کارخانجات، بیمارستانها، استخر و … استفاده شود.
فناوری نانو در کفپوشهای بتنی
کفپوش مورداستفاده در اماکن عمومی و صنعتی بسته به میزان ترافیک باری که به سطح آن وارد میشود، میتواند متفاوت باشد. در معابر و خیابانهای داخل شهر به دلیل عبور و مرور انسانها، کفپوش تحتفشار زیادی قرار نمیگیرد، اما در مکانهای صنعتی مثل فرودگاهها و بنادر به دلیل رفتوآمد ماشینآلات سنگین، خودروهای بارکش و جرثقیلها، فشار وارده به کفپوش بسیار بیشتر از معابر پیاده و خیابانها است.
همین تفاوت در میزان ترافیک باری باعث شده است که برای هریک از مکانها استاندارهای خاصی تعریف شود. استحکام فشاری موردنیاز در کفپوشهای بندرگاهی و فرودگاهی به اندازهای است که نمیتوان با استفاده از فرآیندها و فناوریهای معمول ساخت بتن و کفپوش به آن دست پیدا کرد.
تحقیقات نشان میدهد که استفاده از ذرات نانویی بهعنوان افزودنی در بتنها میتواند باعث افزایش استحکام شود. براساس همین تحقیقات، شرکتهای مختلف توانستهاند کفپوشهای بتنی با قابلیت استحکام فشاری بیشتر تولید کنند.
توسعه و بهبود خواص بتن با استفاده از فناوری نانو
یکی از اصلیترین نانوموادی که برای افزایش استحکام در بتنها (کفپوشها) میتواند استفاده شود، نانوسیلیس است. نانوسیلیس با قرار گرفتن در ساختار بتن، علاوه بر افزایش استحکام، باعث پایداری بتن، تسریع فرآیند هیدراتاسیون و اصلاح ساختار تخلخلها میشود.
تأثیر نانوذرات بر روی فرآیند هیدراتاسیون سیمان
شرکتها تولیدکننده کفپوش ایرانی که از فناوری نانو استفاده میکنند
با توجه به مزایای گفته شده برای استفاده از فناوری نانو در کفپوشها، دو شرکت ایرانی سعی کردهاند تا از این فناوری در ساخت محصولات جدید و با کیفیت، استفاده کنند. در کشور ما شرکتهای بساپلیمر ایرانیان و آپتوس ایران توانستهاند با استفاده از فناوری نانو، به ترتیب، کفپوشهای اپوکسی و بتنی را توسعه دهند.
شرکت بسپارسازان ایرانیان
شرکت بسپارسازان ایرانیان با نام تجاری بساپلیمر تولیدکننده انواع کفپوشهای پلیمری بدون درز است. این شرکت در تلاش است با بهره گرفتن از فناوری نانو بتواند انواع کفپوشهای ضدسایش، آنتیباکتریال، آنتیاستاتیک، مقاوم در برابر مواد شیمیایی و … را با بهترین کیفیت در داخل کشور تولید کند. در حال حاضر این شرکت موفق شده است محصولات ضدسایش، آنتیباکتریال، آنتیاستاتیک، ضداسید و تمیزشونده را بر پایههای اپوکسی، پلییورتان و هیبرید تولید و روانه بازار کند.
محصول اصلی این شرکت پوشش نانوکامپوزیتی بر پایه رزین است که با نانوذرات سیلیس تقویت شده است. افزودن نانوذرات سیلیس به ترکیب پایه اپوکسی سبب افزایش مقاومت به سایش و سختی در کفپوشهای اپوکسی شود.
نتایج حاصل از استاندارد[1] ASTM D4060 که برای اندازهگیری میزان سایش پوششهای پلیمری مورداستفاده است، نشان میدهد که افزودن ذرات سیلیس موجب بهبود افزایش مقاومت به سایش محصول اپوکسی ساخته شده با فناوری نانو شده است.
| نمونه | میزان کاهش وزن (گرم) |
| شاهد | ۱۳۷ |
| نمونه نانو | ۵۴ |
استفاده از فناوری نانو و افزودن نانوذرات سیلیس به ترکیب اپوکسی پایه موجب بهبود خواص میشود:
- خواص فیزیکی و مکانیکی تقویتشده در کنار مقاومت به سایش بالا
- افزایش مقاومت در برابر مواد شیمیایی
- مقاومت سایشی بسیار بالا
- ضدلغزش
این شرکت موفق شده است تا برای محصولات خود تأییدیه نانومقیاس از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو دریافت کند. علاوه بر این، کفپوشهای آنتیباکتریال اپوکسی این شرکت دارای تأییدیه آنتیباکتریال از انستیتو پاستور و گواهی عدم سمیت و تحریک پوستی از دانشگاه شهید بهشتی است. در کنار دستیابی به خواص منحصربهفرد، شرکت بسپارسازان ایرانیان توانسته است پروانه استاندارد تشویقی و گواهی نانومقیاس نیز دریافت کند.
پروژههای کار شده
کفپوشهای نانویی تولیدی شرکت بساپلیمر در مراکز و شرکتهای مختلفی استفاده شده است. از مهمترین مراکزی که از این محصول استفاده کردهاند، صنایع دارویی و بیمارستانها هستند. از جمله مراکزی که از این کفپوشها استفاده کردند میتوان به تولیددارو، داروسازی دکتر عبیدی، بیمارستان شهدای کرمانشاه، بیمارستان دکتر غرضی ملایر و بیمارستان سلمان فارسی بوشهر و مراکز صنعتی مهمی از جمله شرکت بهرهبرداری نفت و گاز، گروه صنعتی کرمان موتور و شرکت دارویی، آرایشی و بهداشتی مینو اشاره کرد.
| شرکت دارویی، آرایشی و بهداشتی مینو
|
|
| بیمارستان شهدای کرمانشاه
|
|
| بیمارستان سلمان فارسی
|
|
| بیمارستان غرضی ملایر
|
|
| نمایشگاه خودرو | |
شرکت آپتوس
شرکت آپتوس ایران با بیش از ۴۰ سال سابقه در صنعت ساختمان، سعی کرده است با اتکا به دانش و تجربه نیروی انسانی خود، از فناوریهای نوین در صنعت ساختمان استفاده کند. عمده فعالیتهای شرکت را میتوان به چند دسته اصلی تقسیم کرد که عمدهترین آن تولید انواع قطعات بتنی در ابعاد و اشکال مختلف است.
یک دسته از محصولات شرکت آپتوس، کفپوشهای بتنی است. براساس استاندارد ملی ایران به محصولات بتنی متراکم شده با شکل و ضخامت یکنواخت و شکل هندسی مشخص، کفپوش بتنی گفته میشود. کفپوش بتنی دارای دو سطح رویی و بستر است که سطح رویی آن به هنگام استفاده در معرض سایش است، به همین دلیل از مصالح ریزدانه و یکنواختی در سطح استفاده میشود.
شرکت آپتوس ایران موفق شده است با افزودن نانوذرات سیلیس، باعث بهبود خواص مکانیکی و خواص سایشی کفپوشهای بتنی ساخته شده با فناوری نانو شود. این محصولات الزامات استاندارد INSO2-755 و 20185 را دارا هستند. افزودن نانوذرات منجر به دستیابی محصول به شرایط استاندارد ASTM C936 شده است. خواص نمونه حاوی نانوذرات در مقایسه با نمونه شاهد در جدول زیر آورده شده است.
| استحکام خمشی
(Mpa) |
استحکام کششی
(Mpa) |
استحکام فشاری
(Mpa) |
جذب آب
(درصد وزنی) |
|
| حد قابلقبول استاندارد | ≥ ۵ | ≥ ۶/۳ | ≥ ۵۰ | ۶ ≥ |
| نمونه شاهد | ۹/۵ | ۹/۴ | ۵/۴۴ | ۱/۵ |
| نمونه نانو | ۸/۹ | ۹/۵ | ۵/۵۹ | ۹/۱ |
نانوذرات سیلیکا باعث بهبود خواص مکانیکی و همچنین کاهش میزان جذب رطوبت در سیمان میشود. این ماده با استفاده از واکنش پوزولانی منجر به کاهش زمان آمادهسازی و افزایش استحکام (فشردگی و کششی) سیمان محصول میشود.
از این محصول میتوان برای موارد مختلفی استفاده کرد که برای نمونه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سیستمهای روسازی کف و ضدلغزش
- کفسازی صنعتی و تزئینی
- پارکینگها و انبارها و بندرگاهها
- کفهای هشداردهنده و سرعتگیر حاشیهای و عرضی جادهها
- محوطههای پالایشگاه و جایگاههای سوختگیری
مقایسه کیفی کفپوشهای بتنی ترافیکی با آسفالت و بتن روسازی غلطکی
| مشخصات/ محصول | بتن روسازی غلطکی | آسفالت | کفپوش بتنی ترافیکی |
| استحکام خمشی و فشاری | خوب | متوسط | خوب |
| پایداری در برابر عوامل جوی | خوب | ضعیف | خوب |
| تحمل بار عبوری | خوب | ضعیف | خوب |
| سرعت ساختوساز و اجرا | سریع
(نیاز به ماشینآلات ویژه) |
سریع | سریع |
| هزینه اولیه | زیاد | کم | متوسط |
| قابلیت بازیافت | هزینه بالا جهت بازیافت | قابلیت بازیافت ضعیف | دوستدار محیطزیست |
| مشخصات ظاهری | محدودیت تنوع رنگ | ضعیف | خوب |
پروژههای کار شده
به دلیل خواص استحکامی و ضدسایش کفپوشهای بتنی شرکت آپتوس، از این کفپوشها در مکانهایی استفاده میشود که در اثر عبور و ترافیک رفتوآمد ماشینآلات سنگین تحتفشار و سایش بسیار زیاد هستند. از جمله مکانهایی که در آن از کفپوشهای ضدسایش شرکت آپتوس استفاده شده است میتوان به بندر چابهار و ترمینال ۴ فرودگاه مهرآباد اشاره کرد.
ترمینال ۴ فرودگاه مهرآباد
بندر شهید بهشتی چابهار
[1] Standard Test Method for Abrasion Resistance of Organic Coatings by the Taber Abraser
———————————————————————
تهیه و تنظیم:
- احد سعیدی، محمد مفتاحی
بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]
[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]
====================================================================================
