ננוטכנולוגיה, מניפולציה של החומר בקנה מידה אטומי מולקולרי, אינה מוגבלת לאלקטרוניקה או לרפואה; היא מעצבת בשקט את עצמות המבנים של ערים מודרניות. בניינים גבוהים, אשר דוחקים את גבולות הכוח החומרי, משקל, עמידות, לעמוד ליהנות מאוד מאפקטים מיקרוסקופיים אלה, על ידי חומרי הנדסה ב nanoscale - בין 1 ו -100 ננומטרים - מהנדסים מדעיים ומפתחים תכונות כי פשוט יכול לשלב חומרים אלה.

הבנה של ננוטכנולוגיה בבנייה

ננוטכנולוגיה אינה חומר או טכניקה יחיד, אלא שדה מדעי רחב העוסק מבנים בגודל בין אטומים בודדים חלקיקים תת-מיקרוניים. בקנה מידה זה, אפקטים קוונטיים ויחסי פני השטח הגבוהים גורמים חומרים להתנהג אחרת.עבור בנייה, התופעות הרלוונטיות ביותר כוללות כוח מכני מוגבר, גירוי כימי משופר, וחדש אופטי או תרמי תכונות. a חלקיקים של סיליקון דו-חמצני, למשל, יכול למלא את המולקולות מיקרוסקופיות אינטנסיביות יותר.

סולם החדשנות

כדי לתפוס את הפוטנציאל, שקול כי שיער אנושי הוא בערך 80,000 ננומטר עבה. עבודה ב 1-100 ננומטר מאפשר למהנדסים לחדש אטומים ולתאיג תשובות חומריות.בבניה גבוהה, שבו כל קילוגרם של משקל הציל את עלויות הבסיס וכל עלייה של כוח משפר את שולי הבטיחות, ננוטכנולוגיה מציעה דרך להתגבר על פערי סחר טבועה בין ביצועים המוניים.

מפתח ננו-חומרים שהופך את הבנייה הגבוהה

כמה ננו-חומרים ספציפיים הופיעו כמשתנים במשחק בפיתוח של רכיבי בניין גבוהים.כל אחד מביא יתרונות ברורים שניתן לשלב בחומרי בנייה קונבנציונליים.

צינורות פחמן (CNTs)

(נו-בוטיקים) הם מבנים צייליים של אטומי פחמן עם כוח רב-עוצמה יוצא דופן - עד 100 פעמים חזק יותר מאשר פלדה ב- 1-Sixth המשקל. כאשר מפוזרים במבשלות בטון או פולימריות, CNTs פועלים כ סיבים חוזרים של גורדי שחקים, אשר עוצרים את הפחתת הפחתת החוזקות של CNT-Frecre, ו-CNTS-CNTS, ללא יכולת מחקר גמישה.

ננוסיליק (Silicon Dioxide ננוparticles)

(Nanosilica, בדרך כלל נגזר אורז husk ash או מעובד fumed silica, הוא אחד nanomaterials קיצוץ מסחרי ביותר בבנייה.התפקיד העיקרי שלה הוא להדחן את משטח מלט על ידי תגובה עם hydrated סידן כדי ליצור תוספת חיתוך פחמן-סיליקה (C-S-H) ג'ל מחייב באופן קונקרטי, התגובה הפונקטית זו ב nanoscaleage, אשר מייצרת לחץ גבוה יותר ויותר.

טיטניום די תחמוצת (TiO2) ננו חלקיקים

חלקיקים דו-חמצני של טיטניום מוערכים בעיקר עבור תכונות פוטו-קטליטיות שלהם.כאשר נחשפים לאור UV, TiO2 מתפרקים אבקה אורגנית, הורג חיידקים, ושומרים על פני השטח נקי באמצעות תהליך הנקרא photocatalysis. in high-rise Building Fronts, TiO2 ציפויים יכולים לשמור על מראה אסתטי ללא ניקוי כימי קשה, צמצום עלויות תחזוקה, בנוסף, ציפויים אלה מסייעים להסיר תחמוצת כימי (NOx) מ-oficial צבע כדי להשיג את היכולת של 2F2 מ-of-FD2 מ-oficial מדגישהחומרים כדי להשיג את היכולת של LT2D.

ננוקליות

ננוקליות, כגון מונטמורייט, הן מותאמות לסימטיקה שניתן להגר לתוך משטחים ננומטר-תיק. כאשר מפוזרים בפולימרים, הן יוצרות נתיבים מתפתלים אשר מאטים גז ולחות, מה שהופך אותם אידיאליים עבור ציפויי מחסום ורטיבות אש.בבניה גבוהה, וילונות ננוקלים משמשים בציפויים רחבים כי הם מחוממים, כאשר הם משתמשים בתכונות מתכתיות של קירות מתכתבים, כמו גם כן.

יישומים ב High-Rise Building Materials

ננוטכנולוגיה אינה פתרון בגודל אחד לכל; השילוב שלה לחומרים בעלי עלות גבוהה מתרחש באמצעות מספר מסלולים נפרדים, כל אחד מהם מכוון לדרישה ספציפית לביצועים.

שיפור

Concrete נשאר עמוד השדרה של בנייה גבוהה, וננוטכנולוגיה מציעה מספר דרכים לשיפור מעבר ננוסייקה. שילובים היברידיים של CNTs, ננופיברים, וננו-אלמינה יכולים לייצר בטון בעל ביצועים גבוהים עם כוח רב עוצמה מתקרבת של פלדה.-healing בטון, המשלב חלקיקים כי precipitate סידן יקר בסדקים, חיים מרחיבים ולהפחית את הפחתת הלחץ על ידי ריצוף עצמי.

ננו-Engineered High-Strength Concrete

בטון מסורתי גבוה סטרנגית (above 80 MPa) דורש יחס נמוך למים לcement ולעתים קרובות סובל מכישלון של שרוף.הוספת צינורות פחמן או תחמוצת גרפן יכול להגדיל את הנקנסיכות תוך שמירה על כוח. יישומי שדה אחרונים, כגון קונקרטי המשמש כבסיס של המגדל שנחאי, שילוב אדמיקסים ננו-חומריים כדי להשיג את 100 MPaive הנדרש תוך שמירה על כוח עבודה עבור מיקום מורכב.

עמידות פלדה

פלדה היא חיונית עבור חיזוקים רביליים ומסגרות מבניות, אבל המשקל שלה ואת קורטוזיה רגישים הם חסרונות. ננוטכנולוגיה כתובות הן.נו בגודל ⁇ אלמנטים, כגון וניל או ניבוליום ניטרידס, precipitate בגבולות דגנים כדי לעכב את הפירוק, מניב פלדה גבוהה כוח גבוה כי הם בהיר יותר ונובל יותר, 000 חשוף את ציפויים של מלחים על פני השטח הקדמי יכול לחזק את רוחב פלדה גבוהה של עמידות גבוהה.

טיפול פנים וכיסויים

מעבר לציפוי ניקוי עצמי של TiO2, ננוטכנולוגיה מאפשרת חבילה של שכבות הגנה עבור חיצוניות בעלות גבוהה. הידרופובי nano-coatings המכילות silica או fluoropolymers ליצור זוויות מגע מים מעל 150 מעלות, גרימת טיפות כדי להיותad וגלגלו את הציפוי המוחזקים שלהם.אוליפוביים דוחים כתמים המבוססים על שמן, חיוני עבור משטחים של מאות מטרים רבועים עירוניים.

Anti-Graffiti ו- Anti-Fingerprints

עבור משטחים זכוכית ומתכתיים על בניינים גבוהים, ננו-layers יכול למנוע דבקות גרפיטי ולהפחית טביעות אצבע גלויות. טיפולים כאלה מפורטים יותר ויותר במגדלים מסחריים שבהם הסטנדרטים האסתטיקה גבוהים וניקוי גישה מאתגר.

בידוד ואנרגיה

Aerogels, המכונה לעתים קרובות "עשן קפוא", הם nanomaterials מבוסס סיליקה עם מוליכות תרמית נמוכה מאוד (0.015-0.020 W / mK), מה שהופך אותם אחד החומרים בידוד הטוב ביותר הידוע.כאשר מוטבעת בבנות המעטפות או בשימוש כמו לוחות טרנספולנס, aerogel insulation יכול להפחית את העומסים HAC על ידי 30% או יותר עבור עלייה גבוהה עם מבנים מוגבלים, 000 רוחב, 000, 000, 000, 000 במהירות גבוהה, 000, 000 זמן קצר, 000.

זכוכית ופנס

חלונות חכמים המשלבים ננו-חומרים יכולים לשלוט באופן דינמי בחום ומשלוח אור. ציפויים אלקטרו-כרומטיים באמצעות תחמוצת ננו-טונגסטן או שכבות גבישים נוזליים מאפשרים למפעילי בניין לשנות את רווח החום הסולארי, להפחית עומסי מיזוג אוויר.ננו מבנים נוגדי ציפוי אנטי-reflective על זכוכית לשפר את חדירת האור, להפחית את השימוש באנרגיה.

יתרונות בנייה גבוהה

השילוב של ננוטכנולוגיה לחומרים בעלי קומות מניב יתרונות רב-פנים שמטפלים במדדי ביצועים מרכזיים.

אינטגרליות ובטיחות

ננו חומריות משפרות ישירות את התכונות המכאניות של בטון, פלדה ומורכבים.יחסי כוח גבוהים יותר למשקל, לאפשר לאדריכלים לתכנן גבוה יותר, מגדלים מזחלים יותר עם צריכת חומרית מופחתת.שיפור קשיחות השבירה והתנגדות הפצירה גורמים מבנים יותר למאורעות סיסמיים, תנודות רוח, והשפעה.

תוחלת החיים והתחזוקה

קורוזיה, מזג אוויר וצמיחה ביולוגית הם מקורות משמעותיים של הידרדרות עבור מבנים גבוהים. nano-coating ו nano-modified בטון מתנגד כלור בתוקפנות, sulfate התקפה, ונזק קפואה-aw. עצמי ניקוי ואנטי-graffiti לחתוך עלויות ניקוי עד 50% על חיי הבניין.

אנרגיה וקיימות

(ד) חברים חזקים יותר מתכוונים פחות מלט ופלדה לאזור הרצפה, באופן ישיר להפחית פחמן מגולם.ננו-נסד ב בידוד וזכוכית חכמה נמוכה יותר צריכת אנרגיה תפעולית, עוזר לבניינים להשיג הסמכה ירוקה כמו LEED Platinum.חלק תהליכי ייצור ננו-חומריים, כגון ננוסייקה מפסולת חקלאית, גם לולאות חומריות צמודות יותר, ננוטכנולוגיה מפחיתה את היקף התחבורה והפליטה.

אתגרים ושיקולים

למרות הבטחתו, ננוטכנולוגיה בבנייה גבוהה ניצבת בפני כמה מכשולים שיש להתגבר עליהם על אימוץ נרחב.

עלויות ו Scalability

צינורות פחמן ואירוגליל נותר יקר לייצר את הכרכים הדרושים לבניית בקנה מידה גדול.מחירים הנוכחיים עבור CNTs רב-בסיסי טווח מ 50 עד 200 $ לליטרגרם, אשר אוסר על השימוש כתוסף גדול בטון.עם זאת, עלויות הייצור נפלו על ידי סדר גודל בעשור האחרון, וכלכלות של קנה מידה צפויים להמשיך את המגמה הזאת.

בריאות ובטיחות סביבתית

הגודל הקטן של חלקיקים מעלה חששות לגבי חשיפה לשאיפה במהלך הייצור, הבנייה וההריסה. חלקיקים מסוימים, כגון CNTs מסוימים, הראו רעילות במחקרים בבעלי חיים כאשר הם שואפים.חוקרים מפתחים באופן פעיל אסטרטגיות מיתמויות סיכון, כולל encapsulation בחומרי מטריקס ושיטות פיזור מים המפחיתים את האבק הרשום על ידי הסוכנות האירופית (USF) דורשות בקרה אישית של ציוד הגנה ו- ECHA.

נוף REALORTORTORTOR

קודים וסטנדרטים של בנייה עדיין לא משולבים במלואם הוראות ספציפיות nanomaterial.בעוד קודים המבוססים על ביצועים מאפשרים חומרים חדשניים אם הם עומדים בדרישות כוח והתנגדות אש, היעדר פרוטוקולים סטנדרטיים של בדיקות סטנדרטיות עבור חומרים ננו-מודולים יכול להאט את האישורים. ארגונים בינלאומיים כגון ארגון הבינלאומי לתקינה (ISO) מפתחים סטנדרטים עבור ננו-חומרי-אופייזציה (למשל, ISO/TS 80004), אך אימוץ קודים לאומיים עדיין הוא ספקי קבלה חיוניים לקודים מתקדמים.

תחזית עתיד

המסלול של ננוטכנולוגיה בנקודות בנייה גבוהות לקראת שילוב עמוק יותר עם עיצוב דיגיטלי וחומרים רב תפקודיים.מחקר מתפתח חוקר מורכב מבוסס גרפן שיכול לנהל חשמל, המאפשר דה-הקל של חזיתות או ניטור בריאות מבני באמצעות שינויים התנגדות. 3D-printed בטון עם ננו-דאדיטים עשוי לאפשר רכיבים מבניים מתקדמים, אשר עשויים למזער את השימוש בחומרים מתקדמים, בנוסף לשרירים מתקדמים, אשר עשויים לשלב משככי חום, כמו גם לתהליכים מתקדמים, אשר עלולים מתקדמים, אשר עלולים מתקדמים, כמו גם לתהליכים חשמליים.

מסקנה

ננוטכנולוגיה מציעה מערך כלים עוצמתי כדי להתמודד עם האתגרים הבסיסיים של בנייה גבוהה: משקל, כוח, עמידות, והשפעה סביבתית.מ- צינורות פחמן אשר מחזקים קונקרטיים ברמה המולקולרית לציפוי פוטו-קטליטיים המנקה את האוויר, חידושים אלה אינם מדע בדיוני, אך ההתקדמות המעשית כבר מופרסת במגדלי ציון דרך, בעוד עלות, בטיחות, ומכשולים רגולטוריים נותרו, המומנטום מאחורינוטכנולוגיה, הוא בעל יכולת גבוהה יותר, כמו גם על פני זמן רבת, והופכת להיות נשלטת יותר ויותר, כמו גם על פני השטח של זמן רבת, כמו גם על פני השטח, ומודרנית, כמו גם על פני השטח, כמו גם על פני השטח, כמו גם על פני השטח, כמו גם על ידי צמחים בעלי יכולת גבוהה יותר ויותר, על ידי צמחים בעלי יכולת גבוהה יותר ויותר.