对纳米技术在建筑行业中的应用概况

帕特尔激励计划。¹,Rathod Hiren。²,Neeraj SharmaD说³

PG学生,土木工程部门,S.N.P.I.T.阻容。、Umrakh、印度
助理教授,土木工程部门,S.N.P.I.T.研究中心。,Umrakh, India
土木工程的副教授,部门,S.N.P.I.T.阻容。、Umrakh、印度

文摘

重要的壮举在建筑业是混凝土在古罗马的发明,钢铁从19世纪中叶的大规模生产和大规模生产玻璃窗格从奢侈品变成力量,可能其他人有类似的小随着时间的巨大变化。本文关注这样的问题:纳米技术是什么?纳米技术对建筑行业意味着什么?目前有商业化产品建设,利用纳米技术吗?建筑可以被定义为一个转换的过程基本土木工程土木工程原材料到最终产品。因此如果基本土木工程原材料的性能增强无论如何,工作的效率会增加与修改材料和土木工程的最终产品的性能也将得到改善。因此,本文中给出的信息分为以下主要或基本原材料:水泥、钢材、油漆、玻璃和防火材料,随着纳米技术的各种定义和基本概念。

关键字

纳米技术,基本土木工程原材料、混凝土、硅灰

我的介绍。

广泛的建筑行业面临的挑战,从材料的性能对环境和安全问题相关的基本材料及其属性。最近的事态发展在各领域的纳米技术显示重要的承诺在应对这些挑战。研究和发展已经表明,纳米技术的应用可以提高传统建筑材料的性能,如水泥、钢铁、玻璃、油漆、涂料、绝缘材料,等。值得注意的改进混凝土强度,耐用性和可持续性实现考虑使用的金属/金属氧化物纳米颗粒和工程纳米颗粒(碳纳米管和碳Nano-fiber)和environment-responsive防腐涂层形成使用纳米封装技术有望在实验室设置。研究表明,纳米技术可以为新型冷却系统,和提高太阳能电池和隔热的功能。一系列的纳米材料也被用于添加新功能,如自洁性能,传统的建筑行业产品,例如涂料、玻璃、水泥砂浆和混凝土。nanotecnological创新的应用程序处理一个高度多学科的工程领域。纳米技术将带来巨大的机器人技术的变化,化学、机械、生物以及电气工程。摘要特别是纳米技术在建筑。

二世。定义

因为纳米技术仍在不断发展之中,似乎没有任何一种定义,每个人都同意。我们知道纳米处理问题的规模很小——比原子和分子,但小于一个面包屑。我们知道,物质在纳米尺度可以表现不同批量问题。除此之外,不同的个人和团体关注纳米技术作为一门学科的不同方面。这里有一些对你的考虑的定义什么是纳米技术。

纳米技术是一门研究之间的结构和使用100纳米(纳米)和纳米大小。纳米是一个科学的前缀,这个词代表9或十亿;本身这个词来自于希腊语nano,意思是矮。

“在小说结构、设备和系统属性和功能由于其原子排列在1到100纳米尺度。努力促进纳米技术的许多领域,包括分子物理学、材料科学、化学、生物学、计算机科学、电子工程、机械工程。”

“纳米技术是一门研究现象和微调的材料在原子,分子和大分子尺度,性质明显不同于在一个更大的规模。基于纳米技术的产品已经在使用和分析师预计市场在这十年里增长了数千亿欧元。”

三世。基本概念

纳米技术是在分子尺度上的功能系统的工程。这涵盖了当前的工作和更先进的概念。在原来的意义上说,纳米技术是指投射能力建设项目从下到上,利用当今正在开发技术和工具完成,高性能的产品。按照惯例,纳米技术被认为是刻度范围1到100 nm至少一个维度。因为从原子和分子纳米技术必须建立自己的设备。上限是或多或少地任意大小,但在现象中没有观察到更大的结构开始变得明显,可以利用纳米设备。这些新现象使纳米技术不同于设备仅仅是相当于微技术的微缩版本。把规模在另一个上下文中,比较大小的纳米大理石的米是一样的地球的大小或另一种方式把它;纳米是男人的胡子生长在平均时间需要他剃刀上升到他的脸上。两个主要方法是用于纳米技术(i)“自下而上”的方法,在材料和设备从分子组件聚集的分子识别原理,和(2)“自上而下”的方法,nano-objects是由更大的实体没有原子-液位控制。 Areas of physics such as nonelectric, nanomechanics, nanophotomics and nanoionics have evolved during the last few decades to provide a basic scientific foundation of nanotechnology.

第四,纳米技术在建筑行业

答:具体

做了多少的分析混凝土在微小为了理解它的结构。这种分析使用各种技术为研究开发规模,如原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和聚焦离子束(FIB)。这是发展的附带好处这些仪器来研究纳米尺度,但混凝土的结构和行为的理解基本的层面上是一个重要的和非常适当使用纳米技术。纳米技术的一个基本方面是它的跨学科性质,已被机械建模之间的交叉研究骨骼医学工程的混凝土,使混凝土中氯离子扩散的研究(这引起钢筋腐蚀)。毕竟,混凝土macro-material强烈影响其nano-properties和理解在这个新的水平的提供新的途径提高强度、耐久性和监控如下段落中列出。

石英(二氧化硅)是在传统混凝土作为正常的一部分。之一然而,进步由混凝土在纳米尺度上的研究是粒子包装可以提高混凝土通过使用纳米二氧化矽导致致密化的微观和纳米结构导致力学性能的改善。纳米二氧化矽水泥基础材料之外还可以控制退化的基本C-S-H(硅酸钙水合物)反应引起的混凝土浸在水中钙以及阻水渗透,因此导致耐久性的改善。相关包装改进的粒子,高能铣的普通硅酸盐水泥熟料和标准砂(OPC),产生更大的颗粒大小减少传统OPC和,因此,精炼材料的抗压强度也在3到6倍(在不同的年龄)。纳米二氧化硅粒子,称为硅灰,改善混凝土的整体圆锥花序包装矩阵导致很高的抗压强度(> 15000的形式)。

二氧化钛粉体添加到混凝土可以分解污垢或污染的能力,然后允许它被雨水冲洗掉从混凝土到玻璃。二氧化钛是一种白颜料,可以作为一个很好的反射涂层。合并,这样阻止紫外线,它被添加到油漆、水泥和windows二氧化钛以来消毒属性分解有机污染物,挥发性有机化合物,并通过强大的细菌膜催化反应。它给它应用表面自洁性能。

碳纳米管外混凝土可以加强和监控具体的好处。添加少量(wt。1%)问的可以提高样品的力学性能。氧化多壁碳纳米管(MWNT)展示最好的改进在抗压强度(25 + N /平方毫米)和挠曲强度(+ 8 N /平方毫米)。

b钢

钢是一种广泛使用的材料在建筑行业的一个主要的角色。纳米技术在钢铁的使用有助于提高钢的物理性质。或钢结构破坏,疲劳是由于交变载荷。当前钢铁设计基于许用应力的降低,使用寿命或定期检查制度。这对结构的生命周期成本产生重大影响和限制资源的有效利用。压力感应器负责初始裂纹的疲劳失效的结果。铜纳米粒子的添加降低了钢的表面un-evenness,然后限制压力感应器,因此疲劳裂纹的数量。这项技术的进步通过使用纳米颗粒会导致增加安全,不需要定期检查,和更有效的材料免费从疲劳问题建筑钢电缆可以加强使用碳纳米管。强电缆降低生命周期成本和建设时期由于容易处理,特别是在悬索桥,电缆运行的端到端。

钒、钼纳米粒子的使用提高了延迟高强度螺栓断裂问题。这样可以减少氢脆性的影响,改善钢的微观通过减少inter-granular渗碳体相的影响。

焊缝和热影响区(HAZ)相邻焊缝可以脆弱,在没有预警的情况下失败受到突然的动态加载。添加纳米粒子如镁和钙使热影响区颗粒细厚钢板。这导致纳米粒子补充焊接强度的增加。强度的增加导致更小的资源需求,因为更少的材料需要为了保持应力在允许的范围之内。

c .涂料、油漆和隔离材料

涂料也是建设的重要领域;涂料广泛使用的墙壁、门和窗户。涂层应该提供一个保护层绑定到基材表面产生所需的保护或功能属性。涂料应具有自我修复的能力,通过一个“selfassembly”的过程。纳米技术被应用于油漆获取和防腐绝缘涂层具有自愈功能。由于这些涂料是疏水性和击退水金属管道和盐水也可以保护金属免受攻击。基于纳米粒子的系统可以提供更好的附着力和透明度。二氧化钛涂层捕获和分解的有机和无机污染物的催化过程照片,导致将道路良好的环境使用。

纳米产品目前市场上的一个例子是一个金属的防腐层的债券仪式NT-1。德国汉高GmbH德国母亲公司和它放在荷兰市场Mavom化学解决方案。这种转化膜使用一个灵活的纳米多孔保温毯:极低的导热系数,耐高温。

硅aero凝胶颗粒与纳米大小的孔结合加固纤维油漆和涂料除了美学参数和保护也用于绝缘特性。但应用薄层不是唯一影响底物的热性能的另一种方法是使用热毛毯。

d .玻璃

正在进行的研究的应用纳米技术玻璃,另一个重要的建筑材料。二氧化钛纳米颗粒用于涂层玻璃,因为它有杀菌和防污性能。粒子催化的反应,分解有机污染物,挥发性的有机化合物以及细菌膜。二氧化钛是亲水(水)吸引力,能够吸引雨滴,然后洗掉污垢粒子。因此,引入纳米技术在玻璃行业包含了自洁玻璃的性质。

防火玻璃是纳米技术的另一个应用程序。这是通过使用一个明确的发泡层夹在玻璃面板(夹层)形成的二氧化硅纳米粒子(二氧化硅),变成了刚性和不透明的火盾在加热。大多数建筑玻璃的建筑物的外表面。因此,光和热通过玻璃必须阻止进入建筑物。纳米技术可以提供一个更好的解决办法来阻止热量穿过窗户,让光。玻璃外墙建筑形成一个大范围纳米技术创新在建筑业。

e .消防

钢结构的耐火极限,通常是由涂层由一个spray-on-cementations过程。然而,研究nano-cement(由纳米级颗粒)有可能创建一个新的范式在这一领域的应用因为由此产生的材料可以用作艰难,耐用,耐高温涂料在钢。这是通过混合的碳纳米管(CNT)胶结材料制造纤维复合材料,可以继承的一些杰出的纳米管的特性,如强度。纳米级聚丙烯纤维也被视为一个方法增加耐火性,这可能是一个便宜的选择比传统的绝缘材料。

诉的结论

从信息体现在本文的未来建筑行业可以增强属性的预测,因为土木工程的基本原材料。我们想象的板结构,还能减少厚度,从而降低结构的重量的减少部分梁、柱、基础立足点等人也可能导致更快的建设和降低总体生活时间成本,因为这样的增强混凝土的性质。更多的功能操作绿色建筑玻璃立面,光可以输入但不热,还拥有属性,因此,操作温度的建筑物内的维护成本和额外的努力,维护和清洗玻璃表面的风险和成本更大的天空刮刀高度降低。改善涂料会更耐用的结构要求更少的维护成本,以及创建更好的环境的观点的一些纳米粒子如二氧化钛和银纳米粒子有杀菌和防污性能,粒子催化的反应分解有机污染物,挥发性有机化合物和细菌膜;这是发达国家以及发展中国家的主要问题。除了积极的翻转纳米技术,也有反向翻转阻碍或减速这个好奇的应用技术,即缺乏认识,缺乏平台和研究机构在这一领域的设备更加复杂和昂贵的,对人体健康的副作用还没有意识到,副作用也不可预测的结果。硅灰的更严重的副作用报道其尘污,导致不愉快的工作情况在处理操作。粒子的小尺寸和硬度是破坏和阻碍轴承和其他精致的机器零件在输送机运输混合装置。与极细粉尘穿透从服装到肺硅灰不是更青睐的产品。纳米二氧化硅粒子,也就是人们所熟知的硅灰,改善混凝土的整体圆锥花序包装矩阵导致很高的抗压强度(> 15000的形式)。 Now, this is a doubling of strength compared to “normal' concrete and it is hailed as a great structural benefit. But it can also be seen as a machining drawback when one considers the drilling of holes or the insertion staples and nails. The material is said to be so dense that in-house hardness measurements cannot be performed with standard equipment.

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