پوشش نانو آبگریز در ساختمان : محافظ نامرئی یا وعده توخالی؟

آب عنصری حیاتی برای حیات در عین حال می تواند به عنوان یکی از مخرب ترین عوامل برای ساختمان ها و سازه ها عمل کند. نفوذ آب به مصالح ساختمانی آغازگر زنجیره ای از مشکلات جدی است که از تخریب ظاهری و کاهش زیبایی بصری نما گرفته تا آسیب های ساختاری و کاهش عمر مفید بنا را در پی دارد. رطوبت مداوم محیطی ایده آل برای رشد قارچ ها کپک ها و جلبک ها فراهم می آورد که نه تنها ظاهر ناخوشایندی به ساختمان می بخشد بلکه می تواند به سلامت ساکنین نیز آسیب برساند.

علاوه بر این چرخه های یخبندان و ذوب آب نفوذ کرده به مصالح منجر به ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن سطح شده و به مرور زمان استحکام و پایداری سازه را به خطر می اندازد. خوردگی میلگردها در بتن شوره زدگی آجرها و سنگ ها و پوسیدگی چوب همگی از پیامدهای مستقیم نفوذ آب هستند که هزینه های تعمیر و نگهداری ساختمان را به طور چشمگیری افزایش می دهند.

در چنین شرایطی نیاز به راهکارهای موثر و پایدار برای مقابله با نفوذ آب و محافظت از مصالح ساختمانی بیش از پیش احساس می شود. در سال های اخیر فناوری نانو به عنوان یک حوزه پیشرو افق های جدیدی را در علوم و مهندسی گشوده و راه حل های نوینی را برای بسیاری از چالش های صنعتی و ساختمانی ارائه داده است.

در این میان نانو آبگریز به عنوان موادی با قابلیت ایجاد خاصیت دفع آب در سطح مصالح توجه گسترده ای را به خود جلب کرده اند. این مواد نوین با ایجاد یک لایه محافظ نانومتری بر روی سطح مصالح از نفوذ آب جلوگیری کرده و خواص و عملکرد مصالح ساختمانی را به طور قابل توجهی بهبود می بخشند.

آبگریزی در مصالح ساختمانی : مفهومی بنیادین

آبگریزی یا هیدروفوبیسیتی به خاصیت فیزیکی یک ماده اشاره دارد که باعث دفع آب از سطح آن می شود. این پدیده بر اساس زاویه تماس قطره آب با سطح ماده تعریف می شود. هر چه زاویه تماس بزرگتر باشد آبگریزی سطح بیشتر است. سطوح آبدوست (هیدروفیل) زاویه تماس کمتر از ۹۰ درجه دارند در حالی که سطوح آبگریز (هیدروفوب) زاویه تماس بیشتر از ۹۰ درجه و سطوح فوق آبگریز زاویه تماس بیشتر از ۱۵۰ درجه را نشان می دهند.

در مصالح ساختمانی آبگریزی به معنای مقاومت مصالح در برابر جذب و نفوذ آب است. این خاصیت از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا بسیاری از فرآیندهای تخریبی در مصالح ساختمانی ناشی از نفوذ آب و رطوبت هستند. به طور مثال جذب آب توسط بتن می تواند منجر به موارد زیر شود : 

• افزایش وزن و فشار هیدرواستاتیک : آب جذب شده وزن سازه را افزایش داده و فشار مضاعفی بر آن وارد می کند.
• کاهش مقاومت فشاری و خمشی : نفوذ آب به منافذ بتن پیوند بین ذرات سیمان و سنگدانه ها را تضعیف کرده و مقاومت مکانیکی بتن را کاهش می دهد.
• خوردگی میلگردها : آب راه را برای ورود یون های کلرید و سولفات به داخل بتن هموار کرده و فرآیند خوردگی میلگردهای فولادی را تسریع می کند.
• یخ زدگی و ذوب : در مناطق سردسیر آب جذب شده در منافذ بتن یخ زده و منبسط می شود. این انبساط و انقباض های مکرر ناشی از چرخه های یخبندان و ذوب منجر به ترک خوردگی و تخریب بتن می شود.
• شوره زدگی : تبخیر آب از سطح بتن املاح محلول در آب را بر روی سطح رسوب داده و پدیده شوره زدگی را ایجاد می کند که علاوه بر ظاهر نامطلوب می تواند به تخریب سطح بتن نیز منجر شود.

به همین ترتیب در سایر مصالح ساختمانی مانند آجر سنگ چوب و ملات نیز نفوذ آب می تواند مشکلات مشابهی را ایجاد کند. بنابراین ایجاد خاصیت آبگریزی در مصالح ساختمانی یک راهکار اساسی برای افزایش دوام کاهش هزینه های نگهداری و بهبود عملکرد کلی ساختمان به شمار می رود.

نانو آبگریز : راهکاری نوین برای آبگریزسازی مصالح

نانو آبگریز نسل جدیدی از مواد آبگریز کننده هستند که بر پایه فناوری نانو توسعه یافته اند. این مواد معمولاً از ذرات بسیار ریز (در مقیاس نانومتر) تشکیل شده اند که دارای خواص آبگریزی ذاتی هستند. به دلیل ابعاد بسیار کوچک ذرات نانو آبگریز آن ها قادرند به طور موثرتری به داخل منافذ و خلل و فرج مصالح ساختمانی نفوذ کرده و یک لایه محافظ یکنواخت و بادوام بر روی سطح ایجاد کنند.

انواع مختلفی از نانو آبگریز در بازار موجود است که هر کدام بر اساس نوع ماده نانویی و روش تولید خواص و کاربردهای متفاوتی دارند. برخی از رایج ترین انواع نانو آبگریز عبارتند از : 

نانو ذرات سیلیکا : نانو ذرات دی اکسید سیلیکون (SiO۲) به دلیل خواص آبگریزی بالا پایداری شیمیایی و حرارتی خوب و قیمت نسبتاً مناسب به طور گسترده ای در تولید مواد آبگریز کننده مورد استفاده قرار می گیرند. این نانو ذرات می توانند به صورت محلول سوسپانسیون یا پودر به مصالح ساختمانی اضافه شوند.

نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید : نانو ذرات TiO۲ علاوه بر خاصیت آبگریزی دارای خاصیت فتوکاتالیستی نیز هستند. این خاصیت باعث می شود که سطوح پوشش داده شده با نانو ذرات TiO۲ خاصیت خود تمیزشوندگی داشته باشند و آلودگی ها و لکه ها را به طور خودکار تجزیه و حذف کنند.

سیلان ها و سیلوکسان ها : سیلان ها و سیلوکسان ها ترکیبات آلی-سیلیکونی هستند که به دلیل واکنش پذیری بالا با گروه های هیدروکسیل موجود در سطح مصالح ساختمانی به خوبی به سطح متصل شده و یک لایه آبگریز پایدار ایجاد می کنند. این مواد به صورت محلول در حلال های آلی یا آبی به کار می روند.

پلیمرهای فلوئوردار : پلیمرهای فلوئوردار به دلیل داشتن پیوندهای کربن-فلوئور بسیار قوی از بالاترین درجه آبگریزی برخوردارند. این پلیمرها معمولاً به صورت پوشش های سطحی برای ایجاد خاصیت فوق آبگریزی در مصالح ساختمانی استفاده می شوند.

کاربردهای نانو آبگریز در انواع مصالح ساختمانی

نانو آبگریز را می توان در طیف گسترده ای از مصالح ساختمانی به منظور بهبود خواص و افزایش دوام آن ها به کار برد. برخی از مهم ترین کاربردهای نانو آبگریز در مصالح ساختمانی عبارتند از : 

• بتن : افزودن نانو آبگریز به بتن جذب آب را به طور قابل توجهی کاهش داده و مقاومت بتن در برابر نفوذ آب مواد شیمیایی و چرخه های یخبندان و ذوب را بهبود می بخشد. بتن های آبگریز شده با نانو ذرات دوام و طول عمر بیشتری دارند و نیاز به تعمیر و نگهداری آن ها کاهش می یابد. همچنین استفاده از نانو آبگریز می تواند به بهبود خواص رئولوژیکی بتن تازه و افزایش کارایی آن نیز کمک کند.
• آجر و سفال : پوشش سطح آجر و سفال با نانو آبگریز از جذب آب و رطوبت توسط این مصالح جلوگیری کرده و مانع از شوره زدگی رشد جلبک ها و کپک ها و تخریب ناشی از چرخه های یخبندان و ذوب می شود. آجرهای آبگریز شده رنگ و ظاهر خود را برای مدت طولانی تری حفظ کرده و نیاز به نماشویی و رنگ آمیزی مجدد را کاهش می دهند.
• سنگ های ساختمانی : سنگ های ساختمانی به دلیل ساختار متخلخل خود به راحتی آب و آلودگی ها را جذب می کنند. استفاده از نانو آبگریز برای محافظت از سطح سنگ های ساختمانی مانع از لکه دار شدن فرسایش و تخریب آن ها می شود. نانو سنگ می تواند به سنگ های ساختمانی خاصیت خود تمیزشوندگی نیز ببخشد و زیبایی و دوام آن ها را افزایش دهد.
• چوب : چوب یک ماده طبیعی است که به شدت در معرض آسیب های ناشی از رطوبت و آب قرار دارد. نانو آبگریز می توانند به طور موثری از چوب در برابر پوسیدگی قارچ زدگی و تغییر ابعاد ناشی از جذب رطوبت محافظت کنند. چوب های آبگریز شده دوام و طول عمر بیشتری دارند و برای استفاده در فضاهای خارجی و مناطق مرطوب مناسب تر هستند.
• ملات و گچ : افزودن نانو آبگریز به ملات و گچ جذب آب و رطوبت توسط این مصالح را کاهش داده و از ترک خوردگی پوسته پوسته شدن و رشد قارچ ها و کپک ها جلوگیری می کند. ملات و گچ های آبگریز شده دوام و پایداری بیشتری دارند و برای استفاده در مناطق مرطوب و در معرض رطوبت مناسب تر هستند.

مقایسه و بررسی تخصصی انواع نانو آبگریز

انتخاب نوع مناسب نانو آبگریز برای هر کاربرد نیازمند درک ویژگی ها و محدودیت های هر نوع ماده است. در اینجا به مقایسه و بررسی تخصصی برخی از انواع رایج نانو آبگریز می پردازیم : 

نوع نانو آبگریز	مزایا	معایب	کاربردها	ملاحظات
نانو ذرات سیلیکا (SiO۲)	قیمت مناسب پایداری شیمیایی و حرارتی خوب آبگریزی مناسب	مقاومت سایشی نسبتاً پایین ممکن است باعث کاهش شفافیت سطح شود	بتن، ملات، گچ، آجر سفال	انتخاب نوع مناسب نانو ذرات (آبدوست یا آبگریز) بر اساس نوع کاربرد
نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید (TiO۲)	خاصیت فتوکاتالیستی (خود تمیزشوندگی) آبگریزی مناسب مقاومت سایشی خوب	قیمت بالاتر نسبت به نانو ذرات سیلیکا نیاز به نور UV برای فعال شدن خاصیت فتوکاتالیستی	سنگ های ساختمانی نماهای خارجی سطوح در معرض آلودگی	توجه به میزان نور UV در محل کاربرد
سیلان ها و سیلوکسان ها	نفوذپذیری خوب به داخل مصالح ایجاد لایه آبگریز پایدار حفظ تنفس پذیری مصالح	قیمت بالاتر نسبت به نانو ذرات سیلیکا حساسیت به شرایط محیطی در زمان اجرا	آجر سفال، سنگ های طبیعی، سطوح تاریخی	رعایت دقیق دستورالعمل های اجرا و شرایط محیطی مناسب
پلیمرهای فلوئوردار	بالاترین درجه آبگریزی (فوق آبگریزی) مقاومت شیمیایی و حرارتی عالی	قیمت بسیار بالا نگرانی های زیست محیطی (برخی انواع) ممکن است باعث کاهش تنفس پذیری مصالح شود	کاربردهای خاص و پرهزینه سطوح در معرض شرایط بسیار سخت	توجه به مسائل زیست محیطی و انتخاب انواع سازگار با محیط زیست

علاوه بر نوع ماده نانویی عوامل دیگری نیز در انتخاب نانو آبگریز مناسب نقش دارند از جمله : 

• نوع مصالح ساختمانی : میزان تخلخل ترکیب شیمیایی و سطح مصالح ساختمانی نوع نانو آبگریز مناسب را تعیین می کند.
• شرایط محیطی : میزان رطوبت دما بارش باران و آلودگی هوا در محل پروژه در انتخاب نوع نانو آبگریز و میزان دوز مصرفی آن تاثیرگذار است.
• روش اجرا : روش اعمال نانو آبگریز (مخلوط کردن با مصالح اسپری کردن غوطه وری) باید با نوع مصالح و شرایط پروژه سازگار باشد.
• هزینه : قیمت نانو آبگریز و هزینه های اجرا از جمله عوامل مهم در تصمیم گیری نهایی است.

مزایای استفاده از نانو آبگریز برای مهندسان و معماران

استفاده از نانو آبگریز در مصالح ساختمانی مزایای متعددی را برای مهندسان معماران و سازندگان به همراه دارد : 

• افزایش دوام و طول عمر ساختمان : با جلوگیری از نفوذ آب و رطوبت نانو آبگریز از تخریب مصالح ساختمانی جلوگیری کرده و عمر مفید ساختمان را به طور قابل توجهی افزایش می دهند.
• کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات : مصالح آبگریز شده نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری دارند و هزینه های مربوط به نماشویی رنگ آمیزی مجدد و ترمیم آسیب های ناشی از رطوبت را کاهش می دهند.
• بهبود کیفیت و زیبایی ظاهری ساختمان : نانو آبگریز از شوره زدگی لکه دار شدن رشد جلبک ها و کپک ها بر روی سطح مصالح جلوگیری کرده و زیبایی و پاکیزگی نمای ساختمان را حفظ می کنند.
• افزایش ارزش افزوده ساختمان : ساختمان های ساخته شده با مصالح آبگریز شده به دلیل دوام بیشتر کیفیت بالاتر و زیبایی ظاهری بهتر ارزش افزوده بیشتری دارند.
• کاهش اثرات زیست محیطی : با افزایش طول عمر ساختمان و کاهش نیاز به تعمیر و بازسازی استفاده از نانو آبگریز به کاهش مصرف مصالح ساختمانی انرژی و منابع طبیعی کمک کرده و اثرات زیست محیطی صنعت ساختمان را کاهش می دهد.
• ایجاد سطوح خود تمیزشونده : استفاده از نانو آبگریزی فتوکاتالیستی مانند نانو ذرات TiO۲ می تواند به ایجاد سطوح خود تمیزشونده در ساختمان ها منجر شود که نیاز به شستشوی نما را به حداقل می رساند و مصرف آب را کاهش می دهد.

ملاحظات اجرایی و نکات کلیدی در استفاده از نانو آبگریز

برای دستیابی به بهترین نتایج از استفاده از نانو آبگریز رعایت نکات اجرایی و توجه به موارد زیر ضروری است : 

• انتخاب نانو آبگریز مناسب : با توجه به نوع مصالح ساختمانی شرایط محیطی و کاربرد مورد نظر نانو آبگریز مناسب را انتخاب کنید.
• آماده سازی سطح : سطح مصالح ساختمانی باید قبل از اعمال نانو آبگریز تمیز خشک و عاری از هرگونه آلودگی گرد و غبار چربی و رنگ باشد.
• رعایت دستورالعمل های تولید کننده : دستورالعمل های تولید کننده نانو آبگریز را به دقت مطالعه کرده و مطابق آن عمل کنید. دوز مصرفی روش اجرا شرایط محیطی مناسب و نکات ایمنی را به طور کامل رعایت کنید.
• اجرای آزمایشی : قبل از اجرای نهایی در یک سطح کوچک و غیر قابل مشاهده یک آزمایش اجرا کنید تا از سازگاری نانو آبگریز با مصالح و دستیابی به نتیجه مطلوب اطمینان حاصل شود.
• کنترل کیفیت : پس از اجرای نانو آبگریز کیفیت سطح آبگریز شده را بررسی کنید. زاویه تماس قطره آب با سطح را اندازه گیری کرده و از یکنواختی پوشش و عدم وجود نقص اطمینان حاصل کنید.
• ایمنی : در هنگام استفاده از نانو آبگریز نکات ایمنی را رعایت کنید. از دستکش ماسک و عینک محافظ استفاده کرده و از تماس مستقیم مواد با پوست و چشم خودداری کنید.

استانداردها و الزامات فنی مرتبط با نانو آبگریز

در حال حاضر استانداردهای مدون و جامعی در سطح بین المللی برای ارزیابی و تایید کیفیت نانو آبگریز در صنعت ساختمان وجود ندارد. با این حال برخی از سازمان های استاندارد و موسسات تحقیقاتی در حال تدوین استانداردهای مرتبط با فناوری نانو در ساختمان هستند. در این راستا توجه به موارد زیر می تواند راهگشا باشد :

• استانداردهای عملکرد : به جای تمرکز صرف بر ویژگی های مواد نانو بر استانداردهای عملکردی تاکید شود که کارایی و دوام نانو آبگریز را در شرایط واقعی محیطی ارزیابی کنند.
• روش های آزمون : روش های آزمون استاندارد برای اندازه گیری خواص آبگریزی نفوذپذیری آب مقاومت در برابر چرخه های یخبندان و ذوب و سایر ویژگی های مرتبط با عملکرد نانو آبگریز توسعه یابد.
• گواهینامه های کیفیت : تولیدکنندگان نانو آبگریز باید گواهینامه های کیفیت معتبر از سازمان های مستقل و مورد تایید را ارائه دهند که کیفیت و عملکرد محصولات آن ها را تضمین کند.
• الزامات ایمنی و زیست محیطی : استانداردها و مقرراتی برای اطمینان از ایمنی و سازگاری زیست محیطی نانو آبگریز تدوین شود.

نتیجه گیری

نانو آبگریز به عنوان یک فناوری نوین و کارآمد نقش مهمی در بهبود خواص و افزایش دوام مصالح ساختمانی ایفا می کنند. این مواد با ایجاد خاصیت دفع آب در سطح مصالح از نفوذ رطوبت جلوگیری کرده و از بروز بسیاری از مشکلات ناشی از آب مانند تخریب شوره زدگی رشد قارچ ها و کپک ها و خوردگی جلوگیری می کنند.

استفاده از نانو آبگریز نه تنها به افزایش طول عمر ساختمان و کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات منجر می شود بلکه به بهبود کیفیت و زیبایی ظاهری ساختمان افزایش ارزش افزوده و کاهش اثرات زیست محیطی نیز کمک می کند. با توجه به مزایای فراوان نانو آبگریز انتظار می رود که استفاده از این مواد در صنعت ساختمان به طور فزاینده ای گسترش یابد و به ارتقای کیفیت و پایداری ساخت و ساز کمک کند.

پرسش و پاسخ متداول

سوال ۱ : آیا استفاده از نانو آبگریز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است؟

بله اگرچه هزینه اولیه استفاده از نانو آبگریز ممکن است کمی بیشتر از روش های سنتی باشد اما با توجه به افزایش طول عمر ساختمان کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات و افزایش ارزش افزوده ساختمان در بلندمدت استفاده از نانو آبگریز بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.

سوال ۲ : آیا نانو آبگریز برای محیط زیست ایمن هستند؟

بسیاری از نانو آبگریزی موجود در بازار از مواد غیر سمی و سازگار با محیط زیست تولید می شوند. با این حال توصیه می شود قبل از انتخاب و استفاده از نانو آبگریز اطلاعات مربوط به ایمنی و اثرات زیست محیطی آن ها را از تولید کننده دریافت و بررسی کنید. همچنین انتخاب نانو آبگریزی دارای گواهینامه های زیست محیطی معتبر می تواند اطمینان بیشتری در این زمینه ایجاد کند.

سوال ۳ : چگونه می توان از کیفیت و اصالت نانو آبگریزی مورد استفاده اطمینان حاصل کرد؟

برای اطمینان از کیفیت و اصالت نانو آبگریزی مورد استفاده توصیه می شود از تولیدکنندگان معتبر و شناخته شده خرید کنید. همچنین درخواست گواهینامه های کیفیت برگه مشخصات فنی محصول (TDS) و گزارش های آزمون از تولید کننده می تواند به ارزیابی کیفیت محصول کمک کند. در صورت امکان انجام آزمون های مستقل بر روی نمونه های نانو آبگریز قبل از استفاده گسترده نیز توصیه می شود.