|
|
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 |
|
|
