مواد نانو به موادی گفته می شود که حداقل یکی از ابعاد آن ( طول، عرض، ضخامت) زیر nm 100باشد.  مواد نانو ساختار با توجه به رفتارهای بارزی که از خود نشان داده اند مورد توجه بخش صنعت و دانشگاه در دهه های اخیر قرار گرفته اند.  در این میان صنعت ساختمان با توجه به نیازهای خود چه از نظر استحکام، مقاومت و دوام و نیز کارایی بالا از استفاده کنندگان مهم مواد نانو ساختار به شمار می رود.

   1.  مقدمه:

 فیلمهای نانو لایه: برای کاربرد عمدتاً الکترونیکی.

نانو پوششهای حفاظتی: برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در برابر عوامل مخرب محیطی.

نانوذرات به عنوان پیش سازنده یا اصلاح ساز: پدیده های شیمیایی و فیزیکی نانو لوله ها منظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح تر یک بدنه نانو ساختار، جامدی است که در آن انتظام  اتمی، اندازه کریستالهای تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (درشکل و فرمهای متعددی که وجود دارند از جمله ذرات،الیاف، گلوله و... )در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند.  تغییرات اصولی  که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد.

هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد.  که آنه را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود.  منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارایه نمایند.  

در مطالب بعدی که خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نو ظهوربودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند.

    2. مواد نانو کامپوزیت:

مواد نانوکامپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اند که از تکنولوژی سول_ژل جهت انتشار دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.

هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است.  ولی رشته نانو کامپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد.

 در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد.  زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد.  از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژی نانوفلز آرتوناید که اخیراً به طور تجاری، الیاف نانویی آلومینا، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است.  ذرات نانویی غیرفلز مانند: نانو سیلیکا، نانو زیرکا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشند.

3. بتن با عملکرد بالا (1 HPC )

یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است.  بتن با عملکرد بالا می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده  می باشد. خواص و رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.  

بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها حایز اهمیت می باشد. روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلف از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد در مورد بتن به طور خاص.  علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می باشد.  از جمله می توان به خاصیت الکترومغناطیسی و قابلیت به کارگیری در سازه های اتمی (محافظت ازتشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمانها و...  نام برد.               

 4. نانو سیلیس آمورف:

در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروف ترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.

محصول معمولی همان سیلیکافیوم یا میکروسیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود 1/0 تا 1 میلی متر می باشد و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می باشد.

می توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانومتر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می شود.

محصولات نانوسیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از 100 نانومتر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند که مایع آن معمول ترین نوع سیلیس می باشد.

این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم به کار گرفته شده است.  نانو سیلیس معلق کاربردهای جند منظوره از خود نشان می دهد مانند:

  .  خاصیت ضد سایش

  . ضد لغذش

  . ضد حریق

  . ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانوسیلیس با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تأثیر پوزولانی مقدار بسیار  بالای میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد.

تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوییدی در بخش اصلاح خواص ریولوژی، کارپذیری و خمیر سیمان بوده است.  آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانو متر می باشد.  

 5. نانو لوله ها:

همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد، معمولاً الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شوند.  امروزه از الیاف فلزی، شیشه ای، پلی پرولین، کربن و...  در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانولوله کربنی انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد.  نانو لوله کربنی توسط LDJMA درسال1991 کشف شده استو کارهای بسیاری بر روی ساختار نانودر بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند.  کربن60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک میکند بطوریکه می توانند کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهد شد که در کامپوزیت ها به کار برده خواهد شد.

نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACIشاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند.  

بطوریکه هادی بودن حرارت آن ها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آن ها در حدود 1000برابر فلز مس می باشد.

نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلاب جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته بوجود آورده اند.

یک نسل جدید از نانوکامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانولوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند.  بنابر این نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به نقش مصالح  ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره، بازی می کنند.

 عملکرد ساختمان هوشمند:

در ساختمانهای مسکونی با متراژ زیر پنج هزار مترمربع میتوان از سیستمهای اتوماسیون خانگی استفاده کرد که شامل اجزاء متنوعی است :

Motion Detection : از لحاظ امنیت و کنترل روشنایی کاربرد دارد

Pool & Spa : کنترل فیلترها و دما و تأثیر اشعه نور خورشید بر استخر

Vehicle Detection : در هنگام ورود وسیله نقلیه چراغها را روشن و تصویر دوربین پارکینگ را بر روی تلویزیون سویچ می کند

Lighting : کنترل روشنایی بر اساس نیاز و برنامه زمان بندی شده

Irrigation :: سیستم کنترل اتوماتیک آبیاری

Security : کنترل هوشمند امنیتی

Trend Temprature : نمایشگرهای دما و رطوبت هوای بیرون و داخل ساختمان

Multi Room Audio : سیستمهای صوتی هوشمند

Heating & Cooling : سیستم کنترل هوشمند سرمایش و گرمایش

Telephone & Internet : سیستم تلفن سانترال و شبکه داخلی

:
با افزایش روز افزون جمعیت و همچنین کاهش منابع انرژی، مصرف بهینه انرژی امری بدیهی می باشد.  در این راستا نقش سیستم های گرمایشی بهینه ساختمان ها و مجتمع های مسکونی در کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی مهم وقابل تامل می باشد.
سیستم حرارتی گرمایش از کف که انتقال حرارت به صورت تشعشعی (تابشی) سهم زیادی در فرآیند گرمایشی آن دارد، درمقایسه با سایر سیستمهای حرارتی نه تنها در صرفه جویی و بهینهسازی مصرف انرژی بلکه در مقوله رفاه و آسایش ساکنان ساختمان ها دارای نقاط قوتبسیاری می باشد.  در سالهای اخیر، سیستم گرمایشی از کف در کشورهای اروپایی و آمریکابسیار متداول شده است و دلیل این گسترش روزافزون بهینه بودن مصرف انرژی، توزیع یکسان گرما در تمامی سطح و فضا و دوری از مشکلات موجود در سایر روش ها، به عنوان مثال سیاه شدن دیوارها، گرفتگی و پوسیدگی لوله ها و… می باشد.  استفاده از روش گرمایش از کف جهت گرمایش محل سکونت از دیرباز به طرق مختلف انجام می گرفته است.  بطوریکه رومی ها زیر کف را کانال کشی کرده و هوای گرم را از آن عبور می دادند و کره ای ها دود حاصل از سوخت را قبل از اینکه از دودکش عبور کند از زیر کف انتقال می دادند.  در سال 1940 نیز فردی بنام سام لویت برای این منظور لوله های آب گرم را در زیر کف قرار داد.  درکشور ایران نیز درمناطق کوهستانی و سردسیر ازجمله آذربایجان این روش مورد استفاده قرار می گرفته، که بیشترین مورد استفاده آن درحمام ها بود. 

بدین خاطر سالهای متوالی در سراسر دنیا مورد استفاده قرار گرفته است.  روش گرمایش از کف به عنوان راحت ترین، سالم ترین و طبیعی ترین روش برای گرمایش شناخته شده است.  همانطور که افراد در یک روز سرد زمستانی توسط تشعشع خورشید احساس گرما می نمایند دراین روش نیز گرما را بوسیله انتقال حرارت تشعشعی (تابشی) از کف دریافت می کنند و یقیناً احساس آسایش بیشتری خواهند نمود.  در این سیستم گرمایشی معمولاً دمای آب گرم موجود در لوله های کف خواب بین 30 تا 60 درجه سانتی گراد می باشد که درمقایسه با سایر روشهای موجود، که دمای آب بین 54 تا 71 درجه سانتی گراد است، 20 تا 40 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می شود.  در ساختمان هایی که دارای سقف بلند می باشند استفاده از سیستم گرمایش از کف باعث کاهش مصرف انرژی و صرفه جویی در مصرف سوخت می شود، به این خاطر که در سایر روشها (مانند رادیاتور و بخاری) هوای گرم در اثر کاهش چگالی سبک شده و به سمت سقف می رود و اولین جایی را که گرم می کند سقف می باشد.  به علت بالا بودن دمای هوا در کنار سقف میزان انتقال حرارت آن به سقف از هرجای دیگر بیشتر است و این عامل باعث اتلاف مقدار زیادی انرژی می شود.  

در روش گرمایش از کف ابتدا قسمت پایین که مورد نیاز ساکنین است گرم می شود وهوا با دمای کمتری به سقف می رسد، که این یکی از مزایای اصلی این سیستم می باشد.  یکی دیگر از مزایای استفاده از روش گرمایش از کف که امروزه بسیار مورد توجه واقع می شود آسایش و راحتی افراد می باشد، به طوریکه آسایش و راحتی فرد در محل سکونتش بدون اینکه از هر بابت دارای محدودیت باشد فراهم می شود.  در نظر بگیرید که بدن شما در یک اتاق به گونه ای گرم شود که شما در هنگام استراحت هیچگونه هوای گرمی را استنشاق نکنید و تنفس شما بسیار ملایم صورت گیرد، این بهترین روش گرم کردن در یک آپارتمان و یا یک منطقه صنعتی است.  همه اعضای بدن شما بخصوص پا که بیشترین فاصله را با قلب دارد همیشه گرم خواهد ماند و این برای انسان بسیار مطلوب خواهد بود.  

همانگونه که قبلاً اشاره شد در گرمایش بوسیله رادیاتور یا بخاری دمای قسمت پایین اتاق سردتر از بالای آن می باشد که این حالت برای کودکان که دارای اندام کوچکی هستند ناخوشایند است، بطوریکه افزایش البسه آنها برای جلوگیری ازبیماری، آزادی کودکانه آنها را محدود می کند.  سیستم گرمایش از کف برخلاف رادیاتور که هوای محل سکونت را به دلیل گرمای بیش ازحد خشک می کند، رطوبت را درحد متعادل نگه می دارد.   همانطور که می دانید بیشتر افراد از کثیف شدن دیوارها و محیط زندگی در اثر استفاده از منابع گرمایی همچون بخاری و رادیاتور احساس نارضایتی می کنند.  از آنجا که درسیستم گرمایش از کف جریان هوا به آرامی از پایین به بالا می باشد بنابراین دیوار ها پاکیزه می مانند.  همین امر در مورد افرادی که دارای آلرژی) حساسیت) هستند بسیار مورد اهمیت است زیرا که محیط زندگی عاری ازهرگونه محرک خواهد شد.  استفاده از این سیستم در مکانهایی همچون آشپزخانه و حمام که کف آنها معمولاًخیس و مرطوب است مناسب بوده و باعث خشک شدن کف می شود.  مسیله مهم دیگر اینکه در این روش رطوبت زمین که دربعضی از منازل منجر به بروز بیماریهای مفصلی می شود از بین رفته و باعث کاهش درد بیماران مبتلا به ناراحتی هایی از قبیل رماتیسم خواهد شد.