facebook twitter

Nano Teknoloji ve İnşaat Mühendisliği

31.10.2018

Nano ölçek kavramı boyutları 1-100 nm (1nm=10-9 m, yani metrenin milyarda biri) arasında olan ölçüler için kullanılmaktadır. Bir başka deyişle, nano ölçeğin ne düzeyde küçük olduğunu anlamak için insandaki saç örneği de verilebilir. İnsan saçı 100000 nm (0,1 mm) kalınlığındadır. Örneğin bir karbon fuller ile (karbon grafit ve elmas haricindeki allotroplara verilen isim) greyfurt arasındaki oran yaklaşık olarak greyfurt ile Dünya arasındaki oran ile aynıdır.

Nano malzemelerin betona eklenmesi basınç dayanımı, aşınma direnci ve eğilmede çekme dayanımını geliştirmektedir. Buna bağlı olarak, enerji ve çevresel faydalar da göz önünde bulundurulduğunda global çimento tüketimini azaltmada nano teknoloji ürünleri önemli faydalar sağlayabilir.

Nano-teknoloji iki temel yaklaşımı kapsamaktadır.

Birincisi, “Top-down” yaklaşımı ki yukarıdan aşağıya yaklaşımı olarak tanımlanabilir. Bu yaklaşımda, büyük yapılar boyut itibariyle atomik düzeyde kontrol yapılmaksızın malzemenin orijinal özelliklerinin muhafaza edildiği bir nano boyuta düşürülür ya da daha büyük yapılardan daha küçük yapılara veya kompozit parçalarına ayrıştırma yaklaşımıdır.

İkincisi ise, “Bottom-up” yaklaşımıdır ki moleküler nano-teknoloji ya da moleküler üretim olarak bilinen bu yaklaşımda malzemeler atomlar veya moleküler bileşenlerinden belirli bir prosesten geçirilerek tasarlanmaktadır.

Nano-teknoloji malzeme ve üretimlerinde, elektronik, tıp ve sağlık, enerji, biyoteknoloji, bilgi teknolojisi ve ulusal güvenlikteki atılımlar için büyük bir potansiyel içermektedir. Bugüne kadar, yapı ve yapı malzemeleri alanındaki nano-teknoloji uygulamaları ve ilerlemeleri düzensiz ve inişli çıkışlı bir halde olduğu görülmektedir. Betonda nanoteknolojinin ticari boyutta kullanımı çok az sayıda sonuç ile pazarlanabilir ürünlere başarılı bir şekilde dönüştürülmesi kısıtlı durumunu korumaktadır. En önemli ilerlemeler, çimento bağlayıcılı malzemelerin özellikle çimentodaki temel olayların nano düzeyde bilinmesi ve anlaşılması ile meydana gelmiştir. (örneğin ana hidrat fazlarının yapısal ve mekanik özellikleri, çimento kohezyonunun kaynakları, çimento hidratasyonu, betonda ara yüzler ve bozunma mekanizmaları).

Beton, dünyada en yaygın kullanılan/üretilen, nano yapılı, çok fazlı ve zamanla sertleşen kompozit bir malzemedir. Amorf bir faz, nano boyuttan mikro boyuta kadar değişen kristal yapılar ve bu yapıya bağlı sudan oluşmaktadır. Amorf faz olan kalsiyum-silikat-hidrat (CSH) jelleri hem nano düzeyde bir malzemedir hem de betonu bir yapıştırıcı gibi bir arada tutar. İnşaat mühendisliğinde nano teknoloji daha çok nanomodifikasyon uygulamaları ile yaygın olarak kullanılmaktadır.

Nano-bilim, ileri düzey karakterizasyon teknikleri ve atomik/moleküler düzeyde modellemeleri kullanarak malzeme yapısının özellik ve performansının makro düzeyde nasıl etkilendiğini daha iyi anlamak için, çimento esaslı malzemelerin nano ve mikro yapılarının karakterizasyon ve ölçümlerine değinmektedir. Nano-mühendislik ise, en üstün mekanik ve dayanıklılık performansına sahip olan tasarlanmış, çok fonksiyonlu ve bağlayıcı malzemeli kompozitlerin yeni bir jenerasyonunu nano düzeyde geliştirmeyi hedeflemektedir.

Beton içine nano tanecikler ve nanotüpler gibi nano boyutlu maddelerin eklenmesiyle, beton davranışını kontrol etmek ve performansı ileri seviyelere çıkarmak mümkün hale gelmektedir. Çimento nanomühendisliği hızla gelişmekte olan bir alan olarak karşımıza çıkmaktadır. Nano düzeyde malzemelerin sentezlenmesi ve üretilmesi, yeni süper akışkanlaştırıcı malzemeler, nano tanecikler ya da nano donatılar gibi yeni çimento katkılarının geliştirilmesi imkanını sağlamaktadır.

Hibridizasyon ve moleküllerin aşılanması için geliştirilen metotlar, çimento fazlarının temel/ana yapısının doğrudan manipüle edilmesi imkanını sunmaktadır. Bu teknikler beton özelliklerini, performansını, bozunma süreçlerini kontrol etmek ve yeni fonksiyonlu ve şu anda mevcut olmayan akıllı özellikli malzemeleri tedarik etmek için kullanılabilmektedirler. Nano düzeyde betonun tasarlanması şu üç konumdan birinde veya daha fazlasında gerçekleştirilebilir.

Çimento fazları için nano tanecikler bir çekirdek gibi davranabilmekte ve böylece çimento hidratasyonunun reaktivitesi artmaktadır. Ayrıca, nano donatı ve taş unu/filler gibi davranarak ara yüzü ve mikro-yapıyı yoğunlaştırarak porozitenin azalmasını sağlamaktadır.

Nano silis’in silis dumanından daha çok dayanımda geliştirmeler sağlandığı bulunmuştur. Akışkanlaştırıcı kimyasal katkı yardımıyla %10 oranında nano silis eklenmesiyle çimento harcının 28 günlük basınç dayanımında %26 oranında bir artış gözlemlenirken %15 oranında silis dumanı eklenmesiyle bu oran % 10 değerine karşılık gelmektedir. Bu nedenle, nano silis mikro-yapıyı geliştirmek için sadece bir filler/dolgu malzemesi gibi davranmayıp aynı zamanda bir aktivator gibi puzolanik reaksiyonları ilerletmektedir.

Nano-TiO₂ (NT) kullanılmasıyla betonun kendiliğinden temizlenmesi etkili bir şekilde başarılmış ve çevreyi kirliliğini önlemede faydalar sağlanmıştır. Kendiliğinden temizlenme ve çevresel kirliliği önleme özelliğine sahip beton ürünleri birçok firma tarafından hali hazırda üretilmektedir. Bu tür ürünler özellikle bina cephelerinde yollarda kaplama malzemesi olarak Avrupa ve Japonya'da kullanılmaktadır. Kendinden temizleme özelliğine ilave olarak, NT kullanılmasıyla Portland çimentosunun basınç ve eğilmede çekme dayanımı ile aşınma direnci geliştirilmiştir.


:

:

Demiryolu köprüleri tasarım olarak karayolu köprülerine benz...

Bir zemin kütlesinin statik kayma gerilmesinin, sıvılaş...

Nano ölçek kavramı boyutları 1-100 nm (1nm=10...

Günümüzde, enerji ihtiyacı ve enerji kaynaklarının kullan...

Yüksek yapı elemanlarını Kolon, Perde, Kiriş, Döşe...