Ứng dụng của vật liệu nano trong lĩnh vực xây dựng

Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu của ngành xây dựng, các vật liệu xây dựng và các kết cấu mới không ngừng được nghiên cứu, phát triển. Trong đó, nhiều loại vật liệu xây dựng mới đã được sản xuất với ứng dụng công nghệ nano, đem lại nhiều tính năng ưu Việt.

Công nghệ nano có tính đột phá và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Công nghệ này cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở quy mô phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giúp giảm kích thước của các thiết bị đến kích thước cực nhỏ.

Đây được xem là cuộc cách mạng công nghiệp làm thúc đẩy sự phát triển trong lĩnh vực xây dựng hiện nay.

Vật liệu nano là gì?

Vật liệu nano

Vật liệu nano có cấu trúc là các hạt, sợi, ống, hay các tấm có kích thước mỏng. Cụ thể, loại vật liệu này có kích thước rất nhỏ khoảng từ 1 đến 100 nanomet.

Trên thực tế, vật liệu nano tồn tại ở nhiều dạng khác nhau rắn, lỏng và cả ở thể khí. Tên của vật liệu nano còn có thể đặt theo hình dáng vật liệu, bao gồm vật liệu nano không chiều (đám Nano, hạt Nano), vật liệu nano một chiều (dây nano, ống nano), vật liệu nano hai chiều (màng mỏng).

Hiện có nhiều phương pháp chế tạo vật liệu nano trong xây dựng, trong đó có 4 phương pháp phổ biến nhất là:

Phương pháp hóa ướt

Bao gồm các phương pháp thủy nhiệt đồng kết tủa và sol-gel.

Theo phương pháp này, các dung dịch chứa nguyên tử ion khác nhau được trộn với nhau theo 1 tỷ phần thích hợp, dưới tác động của áp suất, nhiệt độ, độ pH… mà các vật liệu nano được liên kết và tạo ra kết tủa từ dung dịch. Sau quá trình lọc, sấy khô sẽ thu được các vật liệu có kích thước nano.

Phương pháp cơ khí nano

Bao gồm các phương pháp như tán, nghiền và hợp kim cơ học. Theo đó, vật liệu sẽ ở dạng bột và được nghiền đến kích thước nhỏ hơn.

Phương pháp chế tạo bay hơi nhiệt

Gồm các phương pháp như lắng đọng trong chân không, quang khắc, vật lý và hóa học.

Phương pháp chế tạo pha khí

Gồm các phương pháp nổ điện, nhiệt phân, đốt laser, bốc hơi ở nhiệt độ cao và plasma.

Ứng dụng của vật liệu Nano trong xây dựng

Với sự phát triển của khoa học, công nghệ, các sản phẩm vật liệu xây dựng ứng dụng công nghệ nano xuất hiện ngày càng nhiều. Công nghệ nano có thể làm biến đổi các thuộc tính của vật liệu xây dựng, qua đó giúp cải thiện chất lượng và cấu trúc của các loại vật liệu này.

Sản xuất sơn nước

Công nghệ Nano trong sản xuất sơn nước

Ứng dụng công nghệ nano vào sản xuất sơn là một bước đột phá lớn của ngành sơn nói chung và ngành vật liệu xây dựng nói riêng. Với công nghệ nano, các sản phẩm sơn sẽ có độ cứng hơn, giảm khả năng trầy xước và vẫn không ảnh hưởng gì đến màu sắc và chất lượng lớp màu sơn.

Cụ thể, vật liệu nano có tính chất trong suốt, khi kết hợp với nguyên liệu sơn, sự tiếp xúc với môi trường, nano sẽ nhanh chóng kết tinh và đạt độ cứng rất cao, từ đó phát huy khả năng bảo vệ bề mặt được phủ trước các tác động xấu từ môi trường.

Việc áp dụng công nghệ nano trong ngành sản xuất sơn ngoại thất được xem là lời giải đáp cho bài toán chống thấm hiệu quả như chống bám bẩn, chống nóng và giữ được màu sắc bền lâu cho ngôi nhà.

Ngoài ra, công nghệ này mang lại khả năng chống thấm tốt cho bề mặt sơn phủ, kết dính toàn bộ bề mặt tạo thành một lớp ngăn nước liên tục và chắc chắn, không bị phồng rộp và bong tróc.

Sản xuất xi măng

Sản phẩm xi măng được sản xuất ứng dụng công nghệ nano nhằm ứng phó với các nguyên nhân giảm chất lượng công trình như điều kiện biến đổi khí hậu, thời tiết nóng ẩm…

Xi măng sản xuất bằng công nghệ nano có cường độ, độ bền cao hơn

Công nghệ phát triển các phân tử xi măng ở mức độ nano tạo ra khả năng liên kết cực kỳ chặt chẽ, từ đó giảm thiểu số lượng lỗ rỗng tạo nên trong quá trình trộn bê tông. Được biết, các lỗ rỗng này là nguyên nhân chính gây ra các vết nứt và rò rỉ, làm giảm chất lượng và tuổi thọ của công trình xây dựng.

Công nghệ nano có thể coi là một bước đột phá đối với ngành sản xuất xi măng bởi nhờ đó, xi măng nâng cao được chất lượng, độ bền, tính đa dụng, kéo dài thời hạn bảo quản xi măng, giảm tỷ lệ clinker và tăng tỷ lệ các chất phụ gia trong sản xuất.

Sản xuất bê tông

Bên cạnh ứng dụng trong sản xuất xi măng, vật liệu nano có thể kết hợp với bê tông cường lực tạo ra được loại vật liệu có thể vừa chịu được lực vừa chịu được nén vô cùng tốt.

Tuổi thọ của bê tông có thành phần nano có thể kéo dài

Với việc sử dụng bột nano và sợi nano như là phụ gia trong sản xuất bê tông, không chỉ làm cho cường độ của bê tông tăng cao. Ngoài ra còn tăng nhiều tính chất khác như độ chảy và bám dính, độ bền chịu nén và khả năng chịu ăn mòn cũng tăng lên.

Khi sản xuất bê tông với các thành phần có kích thước nhỏ hơn và khối lượng nhẹ hơn có thể tạo ra bê tông có khả năng chịu tải trọng và độ bền lâu tương đương hoặc thậm chí là cao hơn so với bê tông thông thường.

Theo đó, tuổi thọ của bê tông có thành phần nano ước tính tới 5 thế kỷ. Bê tông nano được sử dụng để xây dựng các lò phản ứng hạt nhân, các lớp vỏ bảo vệ, cầu nhịp lớn, các tòa nhà chọc trời và nhiều kết cấu xây dựng lớn khác.

Sản xuất thép siêu bền

Ngày nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo thép nano. Đây là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp xây dựng.

Thép siêu bền là vật liệu lý tưởng để xây dựng các công trình thủy và công trình cầu đường. Các lớp phủ nano composite và polymer sẽ gia tăng tuổi thọ của các kết cấu nhờ tăng khả năng chống ăn mòn cho kết cấu trong các môi trường xâm thực.