ایمنی فناوری نانو در ساخت و ساز و زیرساخت صنایع

ایمنی فناوری نانو در ساخت و ساز و زیرساخت صنایع

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 15

۱- مقدمه

۱-۱- صنعت ساخت و ساز جهانی

ساخت و ساز یکی از مهم‌ترین صنایع در جهان است و به عنوان بخش عمده‌ای از منابع تولید ناخالص داخلی (GDP) در اکثر کشورها به شمار می‌آید. ساخت و ساز حدود ۹٪ از تولید ناخالص داخلی جهان را شامل می‌شود. بر اساس یک نظرسنجی در سند اخبار فنی و مهندسی [۱]، بیان گردید که مجموع هزینه‌های ساخت و ساز جهان در سال ۲۰۰۴ در حدود ۴۰۰۰ میلیارد دلار بوده است و در میان کشورهای جهان ایالات متحده یکی از بزرگترین بازارهای ساخت و ساز را دارا می‌باشد. همراه با مقادیر گزارش شده توسط اداره آمار آمریکا تحت وزارت بازرگانی آمریکا، هزینه‌های ساخت و ساز در کل ایالات متحده در دسامبر ۲۰۱۲ به تنهایی ۸۸۵،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ دلار برآورد شده است [۳]. صنایع ساخت و ساز بسیار گسترده بوده و دارای طیف گسترده‌ای از افراد با مجموعه مهارت‌های زیاد است.

صنایع ساخت و ساز یا عمران بسیار گسترده بوده و انسان‌ها را با مجموعه‌ای وسیع و متنوع از مهارت‌ها تطبیق می‌دهد. تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان هر دو نقشی اساسی در تصمیم‌گیری برای خروجی و پیامد یک صنعت عمرانی بازی می‌کنند. بسیاری از شرکت‌های عمرانی امروزه به رهبرانی جهانی تبدیل شده‌اند و جهان امروز ما را طرح و شکل می‌بخشند. کشورهای توسعه یافته در حال اتخاذ راههایی برای بین‌المللی ساختن و کسب سود و منفعت از بازارهای بزرگ جهانی هستند، این درحالی است که آنها در سراسر جهان بحث‌ها و سمینارهایی را در جهت آماده سازی یک خط مشی برای مطالعات موردی زندگی واقعی، ارزیابی و ارزشیابی تمایلات کنونی صنعت ساخت و ساز، به پیش می‌برند.

۲-۱- مواد متعارف

ساخت و ساز در طول قرن‌ها از ساخت غارها به شکل سنگ و گل و آجر به بتن و سازه‌های فلزی تکامل یافته است. امروزه طیف گسترده‌ای از مواد با ویژگی‌ها و خواص متفاوت برای انتخاب و استفاده در صنعت ساخت و ساز وجود دارد و بدیهی است که هر ماده مزایا و معایب خاص خود را دارد. درک تکنولوژی به منظور قدردانی و بزرگداشت فن‌آوری‌های آینده نگر ضروری است. برخی از مصالح ساختمانی پرکاربرد در صنعت ساخت و ساز [۲-۶] در این فصل بیشتر مورد بحث قرار گرفته اند.

بتن

بتن یک ماده تقویت تولید است که با استفاده از سیمان پرتلند و برخی مواد درشت دانه و آب به دست می‌آید، با توجه به چند منظوره بودن تولید آن و دوام و بصرفه بودن قیمت، بطور گسترده به عنوان مواد ساخت و ساز در جهان استفاده می‌شود. ایالات متحده آمریکا در هر سال حدود ۱۸۰ میلیون متر مکعب بتن استفاده می‌کند. بتن در ساختارهای گوناگونی مانند بزرگراه‌ها، پل‌ها، ساختمان‌های بلند، سدها، خیابان‌ها، خانه‌ها، طبقات، پیاده روها، ماشین روها و .. بکارگرفته شده است [۴،۵]. بتن دارای قدرت بالای فشاری (۴۰-۲۰ مگاپاسکال) و مقاومت کششی حدود (۵-۲ مگاپاسکال) می‌باشد [۶]. مقاومت کششی بتن را می‌توان با اضافه کردن افزودنی‌های خاص، مانند فولاد و کوارتز افزایش داد. مدول الاستیسیته بتن در حدود 103 * ۱۴-۴۱ مگاپاسکال می‌باشد [۶].

در هنگام استفاده از سطح‌های با استرس بالا، شکست‌های ناشی از توسعه نرم افزاری و رشد می‌تواند رخ دهد. بتن دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی است و کاهش در مقدار آن به دلیل انقباض‌ها و تنش‌های موجود در سازه، ممکن است ترک‌های کوچک ایجاد نماید. بتن نیز مستعد ابتلا به خزش است. مقادیر کمتر سنگدانه موجود در مخلوط می‌تواند باعث ایجاد مقدار زیادی خزش گردد. با این تفاسیر می‌توان گفت که مدول الاستیسیته عامل اصلی کلمه خزش است و این عامل با کاهش یافتن مدول الاستیسیته افزایش می‌یابد. بتن می‌تواند توسط فرآیندهای متعددی از جمله خوردگی فولاد تقویت شده، انبساط حرارتی فولاد و همچنین توسعه ترک‌های القایی و رشد با نرخی سریع، انجماد رطوبت به دام افتاده در انبساط و آتش آسیب ببیند [۷]. آسیب‌های شیمیایی (بعنوان مثال کربنات، کلرید و سولفات) در کانال‌ها رخ می‌دهد [۸،۷]. اگرچه بتن در

برابر آتش مقاوم است اما گرمای شدیدی که از فشار منفذی ناشی از فشار ایجاد گردد دچار اتساع حرارتی شده و سازه را در معرض شکست قرار می‌دهد [۹].

سازه‌های فولادی

سازه فولادی یکی دیگر از مصالح ساختمانی است که در صنعت ساخت و ساز بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین باید گفت که بیشترین مطالعه را به خود اختصاص داده است. رفتار این سازه قابل پیش‌بینی بوده و با استانداردها و کدهای مختلف منتشر شده توسط سازمان‌هایی مانند موسسه آمریکایی ساخت و ساز فلزی (AISC)^1 در ارتباط است. این استانداردها و کدها شکل، سطح مقطع، ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی آن را تعریف می‌کنند. هدف اصلی استفاده از فولاد در صنایع ساختمان آن است که این سازه مانند اسکلتی است که همه چیز را باهم نگه میدارد. فولاد سازه به طور عمده‌ای به عنوان تقویت کننده مواد مقاوم بتنی، ضد کششی و همچنین به عنوان بهترین ماده برای شکل‌دهی استفاده می‌شود. تورق مهمترین ویژگی سازه‌های فولادی است. این ویژگی اجازه می‌دهد تا این سازه تنش را در اعضای پیوسته بخصوص در نقاط بالایی، استرس‌های محلی مانند سوراخ‌ها و یا سایر ناپیوستگی‌ها به طور یکسان توزیع کند. به عنوان یک قاعده کلی سازه‌های فولادی همیشه در حد زیر نقطه عملکرد آن (حد منطقه الاستیک) استفاده می‌شوند. شکل‌پذیری هم از دیگر ویژگی‌های مهم این سازه است زیرا فراهم کننده سیگنال‌های هشدار دهنده قبل از شکست واقعی است و در نتیجه شکست آن فاجعه بار خواهد بود. سازه‌های فلزی ۱۰۰ درصد قابل بازیافت هستند و یکی از پرمصرف‌ترین مواد در جهان به شمار می‌روند. فولاد می‌تواند به صورت فولاد کربن با استحکام زیاد و یا آلیاژ با درصد پایین فولاد و استحکام کم مورد استفاده قرار گیرد و می‌توان آنها را با استفاده از خاصیت سازش با گرما یا مقاومت در برابر گرما طبقه بندی کرد. فولاد سازه تحت تاثیر طولانی مدت عوامل عملیاتی ساخت و ساز از قبیل فشار، دما، بار اضافی، تابش و عوامل زیست محیطی می‌تواند باعث شکندگی، فرسودگی، خستگی و در نتیجه صدمه و خوردگی سازه شود. این شرایط همچنین می‌تواند منجر به کاهش خواص مکانیکی و در نهایت شکست شود [۱۲-۱۰].

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ایمنی فناوری نانو در صنعت خودرو

⇐ ایمنی فناوری نانو در صنعت پزشکی زیستی

⇐ ایمنی فناوری نانو در صنعت هوافضا