Nanoteknoloji ve İnşaat Mühendisliğindeki Uygulama Alanları

Nanoteknoloji ve İnşaat Mühendisliğindeki Uygulama Alanları

Nano, metrik bir sistemin içinde bir ölçü birimi olarak kullanılır ve milyarda bir anlamına gelir.  Nano bilim ve nano teknolojinin tam manasıyla bir tanımı bulunmamakla birlikte genel görüşe göre 1-100 nano metre boyutta maddelerin anlaşılması, kontrol edilmesi ve atomsal seviyede değiştirilip işlevsel hale getirilmesi olarak tanımlanabilir.

Nano ölçeği daha iyi anlamak için verilecek en iyi örneklerden birisi insan saçının kalınlığının yaklaşık 80 bin nanometre olmasıdır. Bir diğer örnekte bir bilye ile dünya çapı arasındaki oranın bir nanometre ile bir metre ile aynı olmasıdır. Nano ölçekteki maddelere “nanomalzeme” veya “nanopartikül” denmektedir.

Nanoteknolojiyi günlük hayatımızın birçok aşamasında görmek mümkün. Bugün nanoteknoloji, mobil iletişim araçlarından hastalıkların teşhis ve tedavilerine, verilerin şirketler ve devletler tarafından kullanılarak bulut sistemlerde depolanmasına kadar farklı alanların gelişiminde önemli rol oynuyor. Nano teknoloji inşaat mühendisliği alanında da birçok fayda sunuyor.

Nanoteknolojinin İnşaat Mühendisliğindeki Uygulama Alanları

1.Yalıtım Malzemeleri

• Nanoteknoloji kullanılarak üretilen yalıtım malzemeleri geleneksel malzemelere göre daha hafif ve iki kat güçlüyken ısı iletkenliği %30 daha düşüktür.
• Nanokaplamaların ve ince filmlerin en büyük özelliklerinden biri mevcut yüzeylere uygulanarak daha iyi yalıtım sağlamasıdır.

2.Boyalar ve Kaplamalar

Boya ve Kaplamalarda kullanılan nano malzemeler ve oluşturulan fonksiyonel özelliklerden biri kendi kendini temizleme özelliğidir. Kendi kendini temizleyebilme özelliği fotokatalitik bir mekanizmayla harekete geçen Titanyum dioksit (TiO2) parçacıklarıyla ortaya çıkar. Bu süreçte güneşin ultraviyole ışınlarına maruz kalan kir
parçaları parçalanır ve yağmur suyuyla akarak temizlenir.

3.Çimento 

Çimento esaslı malzemeler için büyük önem taşıyan, aynı zamanda kendisi de bir nanomalzeme olarak
nitelendirebilecek C-S-H jelinin ve diğer hidratasyon ürünlerinin nano ve mikro ölçekteki fiziksel ve kimyasal
özeliklerinin anlaşılabilmesiyle malzemelerin makro boyuttaki özelik ve performansları kontrol edilebilir hale
gelebilir. Çimento esaslı malzemelere ilave edilen nanopartiküllerle çimentonun erken yaş hidratasyon reaksiyonları sırasında gerçekleşen çekirdeklenme sürecinini hızlandırmak mümkün olmaktadır.
Hidratasyonu hızlandırmak için tercih edilen yöntemlerden biri Nano-SiO2, Nano-Al2O, Nano-TiO2
nanopartiküllerin kullanımıdır. Boyutları nanometrelerle ifade edilebilen bu nanopartiküller çok geniş reaktif yüzey alanları oluştururken, ortamda çok sayıda çekirdeklenme noktasının mevcut olmasını sağlar ve çekirdeklenme reaksiyonları hızlı bir şekilde bu noktalarda başlayabilir.

4.Beton Teknolojisi

• Mekanik ve dayanıklılık özellikleriyle ölçülen yüksek performanslı çimento ve beton malzemelerin geliştirilmesi;
• Farklı olumsuz ortamlar için mühendislik yoluyla sürdürülebilir beton malzeme ve yapıların geliştirilmesi, çimento üretimi sırasında enerji tüketiminin azaltılması;
• Nanoteknoloji tabanlı kendi kendini algılayan ve kendi kendine çalışan malzemeler ve siber altyapı teknolojilerinin entegrasyonu yoluyla akıllı beton malzemelerin geliştirilmesi;
• Nanoteknoloji tabanlı yenilikçi çimentolar yoluyla yeni beton malzemelerin geliştirilmesi;
• Betonun nano, mikro, mezo ve makro ölçekte gelişmiş karakterizasyonu ve modellemesi yoluyla beton için temel çok ölçekli modellerin geliştirilmesi;
• Sıcaklık, nem veya gerilme algılayabilen akıllı beton; gibi gelimeler sağlanmış olur.

Sonuçlar:

Nano teknoloji, çok amaçlı akıllı malzemelerin üretilmesi için bize yardımcı olmaktadır.

Genel olarak düşünüldüğünde farklı mikro ve nano malzemelerin uygulanmasıyla son yıllarda beton performansı dikkate değer bir biçimde arttırılabilmiştir.

Nano mikro malzemelerin yanında atomik kütle mikroskobu gibi nano görüntüleme teknikleri sayesinde nano ölçekte özellikler ortaya çıkarılmakta, malzemeler bu ölçekte yönetilerek, malzemelerin daha da gelişmiş
performansa sahip olması sağlanmaktadır.
Nano katkıların özellikle hidratasyon kinetiği üzerindeki etkileri halen araştırılmaya devam etmektedir. Bu konuda araştırmalar Nano SiO2 üzerinde yoğunlaşmıştır. Buna bağlı olarak Nano SiO2 nin hidratasyon mekanizması üzerindeki etkileri ile betonun mekanik ve reolojik özellikleri üzerindeki etkileri
daha sarih bir şekilde ortaya koyulmuştur.

Nano SiO2  özellikle ilk 24 saatteki hidratasyon mekanizması üzerinde etki göstererek, harç ve betonların mekanik özelliklerini genellikle olumlu yönde etkilemektedir. Bu olumlu etkinin mertebesi, mineral katkılı harç ve betonlarda daha yüksek olmaktadır.

Alkali-silika reaksiyonu, korozyon, donma-çözülme gibi durabilite özelliklerinin iyileşmesi.

KAYNAKLAR:

Betonda Nanoteknoloji

• Atatürk Üniversitesi Yapı Malzemeleri Ders Notları
• https://www.thbb.org/media/2033/makale123.pdf

Görseller

• resim 1:https://www.istockphoto.com/tr/foto%C4%9Fraf/crystallized-carbon-hexagonal-system-gm505516228-83712135?utm_source=pixabay&utm_medium=affiliate&utm_campaign=SRP_image_sponsored&referrer_url=http%3A%2F%2Fpixabay.com%2Ftr%2Fimages%2Fsearch%2Fnanoteknoloji%2F&utm_term=nanoteknoloji
• resim 2:https://www.pexels.com/tr-tr/fotograf/ahsap-sanat-yaratici-kirli-5799086/
• resim 3:https://www.betonvecimento.com/beton-2/betonda-nanoteknoloji