Search :



หน้าแรก เกี่ยวกับเรา ท่านถามเราตอบ เสนอแนะ


Concrete Nanotechnology


เรียบเรียงโดย
เขมชาติ วรรณประภา
วิศวกร ส่วนนวัตกรรมคอนกรีตและบริการ
บริษัทผลิตภัณฑ์และวัตถุก่อสร้าง จำกัด

    ในปัจจุบัน มีการพูดถึงเรื่องนาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) กันมากในบ้านเราและถือเป็นคลื่นลูกใหม่แห่งศตวรรษที่ 21 โดยนาโนเทคโนโลยีได้เกี่ยวข้องกับสิ่งต่างๆ มากมาย เช่น ทางด้านเกษตรกรรม อาหาร การแพทย์ เครื่องสำอาง พลังงาน การทหาร กีฬา เครื่องนุ่งห่ม คอมพิวเตอร์ เครื่องใช้ไฟฟ้า ยานยนต์ สิ่งแวดล้อม การสื่อสารโทรคมนาคม เป็นต้น บางท่านสงสัยว่านาโนคืออะไร ทำไมสินค้านาโนถึงมีประโยชน์มากในปัจจุบันและนาโนทำงานกันอย่างไร รวมทั้งประโยชน์ของนาโนต่อวงการของเราในแง่ของคอนกรีตนั้นมีประโยชน์อย่างไร

    นาโนเทคโนโลยี คือ ศาสตร์ในการศึกษาและประยุกต์ใช้วัสดุที่ขนาดอนุภาคประมาณ 1 ส่วนในพันล้านส่วน (10-9 เมตร) ในการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุหรือสิ่งมีชีวิต เพื่อตอบสนองกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นโดยเกี่ยวข้องกับวิทยาการหลากหลายสาขา ตั้งแต่ เคมีสังเคราะห์ วัสดุศาสตร์ วิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ เคมี วิทยาศาสตร์ชีวภาพ รวมทั้งด้านคอนกรีตของเราด้วย

 
ขนาดของวัสดุต่างๆ

       
    นาโนเทคโนโลยีสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับสิ่งต่างๆ ได้อย่างมากจนหลายท่านอาจจะคาดไม่ถึง  เช่น  คุณสมบัติด้านกันน้ำ (Hydrophobic) โดยจะคล้ายกับการที่น้ำกลิ้งบนใบบัว กันรังสี UV โดยจะสะท้อนรังสี UVA และ UVB โดยจะช่วยชะลอการจางของสี, ยับยั้งเชื้อแบคทีเรียและเชื้อรา โดยจะทำปฎิกิริยาที่เยื่อเซลล์และขัดขวางการแบ่งตัวของ DNA ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ลดการยับ เป็นต้น โดยสารที่ใช้ในเทคโนโลยีนาโนมีหลายชนิด เช่น ซิงค์ออกไซด์ ไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) นาโนซิลเวอร์ (Ag2O) นาโนซิลิกา (Nanosilica) เทฟลอน เป็นต้น

Nanotechnology in Concrete

     
คอนกรีตเป็นสินค้าที่มีมานานตั้งแต่อดีต และเป็นหนึ่งในสินค้าอุปโภคบริโภคที่สำคัญที่สุดในโลกโดยมีประมาณการณ์จากประเทศแคนาดา ว่าคนเรานั้นจะใช้ คอนกรีตกันประมาณ 1 ลูกบาศก์เมตรต่อปี ดังนั้นคอนกรีตจึงมีอิทธิพลต่อมนุษย์เป็นอย่างมาก การใช้งานคอนกรีตให้มีประสิทธิภาพสูงก้าวล้ำมากกว่าในอดีตจึงจำเป็นต้องใช้นาโนเทคโนโลยี  ตัวอย่างของ Nano-Material ที่นำมาใช้ใน คอนกรีตเช่น Silica fume, GGBS (Ground Granulated Blast Furnace Slag), Superplasticizer (Polycarboxilic), Nanotube และ Nanostructured Ti02 อิทธิพลของนาโนเทคโนโลยีในคอนกรีตแบ่งเป็น 4 หัวข้อหลักดังนี้

 
Carbon nanotubes 

 
Contacted Zone
 
1 ) คุณสมบัติโดยทั่วไปของคอนกรีต  
เช่น ด้าน กำลังอัด(Compressive Strength) กำลังรับแรงดัด (Flexural Strength) ระยะเวลาการเข็งตัว  (Setting Time) เป็นต้น
เนื่องจากการวิเคราะห์ถึงระดับอะตอม ทำให้เราสามารถศึกษาให้เข้าได้ถึงพฤติกรรมที่แท้จริงของคอนกรีตทำให้สามาถคิดต่อยอดไปได้  โดย พฤติกรรมของคอนกรีตที่ใส่สารผสมเพิ่มไม่ว่าจะเป็น Nanosilica, Silica fume ซึ่งมีอนุภาคเล็กระดับ nano ซึ่งจะส่งผลหลายด้านได้แก่
    1.1) สามารถกระจายตัวได้ดีในเนื้อ คอนกรีตทำให้ลดการแยกตัว (Segregation) ได้เนื่องจากจะไปช่วยดึงพวกหินทรายและวัสดุประสานให้ติดกัน
    1.2) Filler effect คือเป็นการลดช่องว่างใน concrete ทำให้ คอนกรีตแน่นขึ้น
    1.3) ศูนย์กลางในการเกิดผลึก (Center of crystallization)
    1.4)  เพิ่มประสิทธิภาพของผิวสัมผัสระหว่างวัสดุ ประสาน
(Binder) กับมวลรวม (Aggregate)

2) เพิ่มเติมคุณสมบัติพิเศษให้แก่คอนกรีต
    2.1) Self-cleaning material ก็คล้ายๆกับมี film บางๆ เคลือบที่ผิวและลดแรงตึงผิว เวลาน้ำมาชะที่ผิวจะพาสิ่งสกปรกติดไปด้วย
     2.2) Self-healing โดยจะใช้พวก Nano tube, Hollow fiber ผสมในคอนกรีตโดยในช่องว่างของ Hollow fiber , Nano tube จะเป็นที่เก็บของพวก วัสดุอุดประสาน (sealant)  เมื่อคอนกรีตเกิดการแตกร้าว (crack) พวกเส้นใยนี้ก็จะแตกออกปล่อยสาร sealant ออกมาช่วยเติมเต็มช่องว่าง 

3) การติดตามคุณสมบัติของโครงสร้าง       
โดยการใช้ microcenser (MEMS) คล้ายๆกับการฝังอุปกรณ์ electronic ที่สามารถส่งสัญญาณกลับไปยังเครื่อง computer ทำให้ตรวจสอบได้ว่าโครงสร้างที่เราพิจารณาเป็นอย่างไร เช่น อุณหภูมิ, stress, strain, impact, load, crack ซึ่งมีประโยชน์หลายด้าน เช่น ทำให้  สามารถวิเคราะห์ได้ว่าสะพานนี้ชำรุดเสียหายหรือไม่ และจะได้ทำการซ่อมแซมได้ทัน ตัวอย่างเช่นในสะพาน Golden Gate มีการใช้เพื่อวิเคราะห์ stress และแรงต่างๆในการกระทำ เพื่อปรับการแรงดึงในสะพาน, หรือนำมาใช้ในการวิเคราะห์ในเรื่องการจราจร ว่าตำแหน่งไหนมีปริมาณจราจรเยอะต้องแก้ไขอย่างไร

 

Self-Cleaning Surface
 

4) ด้านสิ่งแวดล้อม
       การพัฒนาด้านนาโนเทคโนโลยีจะทำให้ประหยัดการใช้ปูนซีเมนต์ (cement) ลงโดยจะใช้เฉพาะส่วนที่เป็นตัวเชื่อมประสานจริงๆ เท่านั้น เช่นการทำให้ปูนซีเมนต์ละเอียดลง แล้วหาวัสดุเฉื่อย (Inert Material) ขนานเล็กลงแทน ซึ่งการผลิตซีเมนต์นั้นเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก อีกทั้งการบำรุงรักษาคอนกรีตยังน้อยลงด้วยเนื่องจากวัสดุมีความคงทน และอาจจะยังนำวัสดุอื่นๆ ที่เหลือใช้หรือมองข้ามไปมาประยุกต์ใช้ได้เกิดประโยชน์ได้
                และยังมีการศึกษาอีกว่า การเกิดปฏิกิริยา photocatalysis ในคอนกรีตที่ใส่ nanostructured  เช่น TiO2 จะทำให้มลภาวะ พวก ก๊าซ NOx , SOx ฯลฯ โดยสารพวก NO ในอากาศเมื่อถูกแสงแดด กลายเป็น NO2 และถูกแปรสภาพเป็น NO3- และถูกจับให้อยู่ในคอนกรีต

งบประมาณในการส่งเสริมด้าน R&D

 
    ประเทศไทยยังมีความรู้ด้านนาโนเทคโนโลยีน้อย ถ้าเปรียบเทียบกับประเทศที่พัฒนาแล้วอย่าง เช่น อเมริกาหรือยุโรป ซึ่งทำการแข่งขันกันเป็นผู้นำทางเศรษฐกิจในยุคใหม่ ทำให้ประเทศเหล่านี้ได้ลงทุนในการส่งเสริมด้านการวิจัยและพัฒนาในสัดส่วนค่อนข้างสูง         
    สำหรับประเทศไทยถ้าเราต้องการจะแข่งขันกันในตลาดโลก เรายังจำเป็นที่จะต้องใช้ความรู้ในเรื่องในการวิจัยและพัฒนาอีกมาก เพื่อให้ตอบสนองกับความต้องการของประเทศ และยังเป็นการเพิ่มมูลค่าของผลิตภัณฑ์ในประเทศอีกด้วย ซึ่งเรื่องของนาโนเทคโนโลยียังเป็นสาขาหนึ่งในการวิจัยที่ยัง สามารถพัฒนาไปได้อีกไกล และยังสามารถประยุกต์ใช้กับสิ่งต่างๆ ได้อีกมากมาย

References
1) National Research Council Canada
2) Science - Manager Online 29 มกราคม 2550
3) Sobolev K. and Ferrada-Gutiérrez M., How Nanotechnology Can Change the Concrete World:  Part 2. AMERICAN CERAMIC SOCIETY BULLETIN, No. 11, 2005, pp. 16-19.
4) Italcementi Group,   nanotechnology and photocatalysis in cementitious materials


หน้าแรก | เกี่ยวกับเรา | ท่านถามเราตอบ | เสนอแนะ
    Website builder by NineNic.com ©Copyright 2002-2014 All rights reserved.
CPAC Concrete Academy
The Concrete Product and Aggregate co.,ltd.
1516 Pracharat 1 Rd., Bangsue, Bangkok 10800
Email : cpacacad@scg.co.th