Katalog

Binalarda ve yapı malzemelerinde nano teknoloji uygulamaları Doç. Dr. Nihal Sarıer İstanbul Kültür Üniversitesi anoteknoloji, doğal ve yapay malzemeleri nano ölçekte tanımlayabilme, özelliklerini değiştirebilme ve nano ölçekte üretim yapabilme imkânını sunmaktadır. Nano teknolojinin en önemli uygulama alanlarından birisi inşaat ve yapı malzemeleri endüstrisidir. Nano teknoloji sayesinde malzemelerin moleküler ve atomik düzeydeki davranışları kontrol edilerek binaların, yolların, köprülerin makro düzeydeki işlevleri artırılabilmekte ya da tümüyle değiştirilebilmektedir. Yapı malzemelerine nano teknoloji ile üstün özellik kazandırılması aşağıdaki süreçleri içermektedir: • Nanotanecikler, karbon nano tüpler ve nanolifler kullanarak çimento esaslı kompozitlerin mekanik dayanımının ve kullanım süresinin arttırılması. • Paslanmaya dirençli ucuz çelik üretilmesi. • Yüksek verimlilikte ısıl yalıtım malzemelerinin üre N Binalarda nanoteknoloji uygulamaları: tilmesi. • Kirli havayı ve kendini temizleme yeteneği olan fotokatalitik beton ve kaplama üretilmesi. • Enerji tüketimini en aza indiren renk değiştiren kaplamaların üretilmesi. • Yapıdaki nano ve mikro çatlakları algılayabilen nano algılayıcılar ve kendini onarabilen inşaat malzemeleri üretilmesi. • İnşaat sektöründe giderek yaygınlaşan bazı uygulamalardan söz edebiliriz. Dr. Peter Tsou yaklaşık otuz yıldır aerojel üretimi ve geliştirilmesi üzerine çalışmakta. (Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü) Bilindiği gibi başta beton olmak üzere çimento esaslı ürünlerin en önemli olumsuz yanlarından biri yapılarında boşluk ve mikro çatlak gibi kusurların bulunmasıdır. Mikro çatlaklar, kullanım esnasında malzemeye etki eden dış yükler, ortamda bulunan su ve nem, ısıl genleşme ve sıkışma gibi etmenlere bağlı olarak büyür, yayılır, sonuçta yapının mekanik dayanımı giderek azalır. Nano malzemelerin üretilmesi ve pazara sunulması sayesinde çimento esaslı malzemelerin fiziksel ve mekanik özellikleri iyileştirilebilmekte, yüksek dayanımda beton elde edilmesi mümkün olmaktadır. Bu nano malzemelerin başında yüzey alanı 600 m2/gram gibi çok büyük değerlere Taramalı elektron mikroskop görüntüsü: karbon nanotüpler, çimen ulaşan karbon nano tüpler (CNT) ve nano silika Karbon nanotüp tonun hidrasyonu sürecinde oluşan mikro çatlaklar arasında köprü (NS) gelmektedir. Çimentonun su ile hidrasyon tep(şematik görüntü) oluşturarak mekanik dayanımı arttırmaktadır. kimesi CNT ve NS’nin oluşturduğu bu yüzeyde meydana gelir. Bu sayede, mekanik dayanımdan sorumlu kalsiyum silikat hidrat ve benzeri ürünler çok yüksek oranda oluşabilir. Boy/en oranı çok büyük olan CNT nano ve mikro boşluklar arasında çapraz bağlanma yapar. Ayrıca bu çok küçük tanecikler nano ve mikro gözenekleri doldurur. Mekanik özellikleri iyileştirilmiş çimento esaslı kompozitler: Roma’da 2003’te inşa edilen Jubilee kilisesinin (Dives in Misericordia) dış cephesi titanyum di oksit içeren fotokatalitik hazır betondan yapılmıştır. olarak da adlandırılan aerojeller bu malzemelerin başında gelir. Aerojel, nanosilika (0.2%) ve havadan (99.8%) oluşan bir yapıya sahiptir. Aerojellerin ısıl iletkenliği bilinen tüm katı malzemelerden düşüktür. Örneğin inşaat malzemesi olarak kullanılan doğal ve yapay taşların ısıl iletkenliği 11.5 W/mK aralığında değişirken aerojellerin ısı iletkenliği yalnızca 0.0040.03 W/mK aralığındadır. Havacılık ve uzay çalışmaları için geliştirilen aerojeller günümüzde inşaat sektöründe pencere imalatında kullanılmaya başlanmıştır. Fotokatalitik beton Avrupa ve Asya ülkelerinde mimari uygulamalarda ve inşaat mühendisliği projelerinde kullanılmaya başlanmıştır. İki farklı türde fotokatalitik çimento hazırlanarak kendini temizleme yeteneği olan ya da hem kendini temizleyebilen hem de iç veya dış ortamlardaki havayı temizleyebilen beton ve kaplama üretilebilmektedir. Nano boyutlarda üretilen titanyumdioksit (TiO2), çinko oksit (ZnO) ve demiroksit (Fe2O3) güneş ışınlarının etkisi altında beton yüzeyinde biriken ve kirlenmeye neden olan organik moleküllerin parçalanarak yüzeyden uzaklaşmasını sağlayan fotokatalitik malzemelerdir. Kimyasal olarak kararlı ve canlılara zararlı etkisi çok az olan TiO2 yapı malzemeleri içinde en fazla kullanılan fotokatalitik bir bileşiktir. Titanyumdioksitin fotokatalitik özelliği sayesinde beton yüzeyinde kirlenme önlenirken taşıtların egzoz borularından ve fabrika bacalarından havaya karışan azot oksitler(NOx), karbonmonoksit (CO), klorofenoller gibi hava kirletici gazlar kolayca oksitlenerek ya da küçük moleküllere ayrışarak toksik özelliğini kaybeder. Kaynaklar: Florence Sanchez, Konstantin Sobolev, Nanotechnology in concrete– A review, Construction and Building Materials, 24(11), 2010, 20602071. F. PachecoTorgal, Said Jalali, Nanotechnology: Advantages and drawbacks in the field of construction and building materials, Construction and Building Materials, 25(2), 2011, 582590. Fotokatalitik beton ve beton kaplama: Isı iletkenliği düşük çerçeve Çift cam Aerojel Ayraç Aerojel içeren pencere: Isı iletkenliği çok düşük ses yalıtımı iyi, hafif, şeffaf, piyasadaki emsallerinden daha ucuz, ulaşılabilir bir nano teknoloji uygulamasıdır. CBT 1322/ 13 20 Temmuz 2012 Nano malzemelerin inşaat sektöründe en önemli uygulamalarından biri binalarda enerji tüketiminin azaltılabilmesi için yalıtım kapasitesi yüksek malzeme üretilmesidir. 1950’lerde bulunan ve “katı duman” Yüksek verimlilikte ısıl yalıtım malzemeleri: