جزئیات پروژه

شرح کلی مسئله )در این قسمت مسئله و نیاز خود را تشریح نمائید(

در حال حاضر در قطعات _GRC/GFRC که در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرار دارند ،لایه سطحی بتن در طول زمان دچار افت رنگ، گچی شدن (chalking) و کاهش براقیت

می شود. عامل اصلی این پدیده ،تجزیه ماتریس پلیمری و آسیب تدریجی سطح دراثرپرتوهای فرابنفش

(UV)است.

راهکارهای موجود در بازار شامل استفاده از پوشش های نانو_یی مقاوم به UV هستند که عموماً عملکردی موقت )حداکثر ۵ سال( دارند و پس از آن نیازمند تجدید پوشش هستند.

از آنجا که بسیاری از سازه ها و نماهایGRC  در محیط های سخت اقلیمی اجرا و نصب می شوند، نگهداری و ترمیم های دوره ای در عمل دشوار و پرهزینه است.

چرایی نیاز: )در این قسمت می بایست عللی که منجر به بروز این مسئله و نیز احساس نیاز متقاضی برای دریافت این فناوری خاص شده است بیان شود (

در اقلیم های گرم و پرتابش مانند مناطق جنوبی ایران شدت تابش فرابنفش خورشید باعث تخریب تدریجی لایه سطحی قطعاتGFRC  می شود. این پدیده به صورت تغییر رنگ ،پوسته شدن سطح، و افت چسبندگی بین ماتریس سیمانی و ذرات سطحی بروز می کند.

پوشش های نانو مقاوم بهUV  که هم اکنون در بازار استفاده می شوند، تنها تا حدود ۵ سال دوام مؤثر دارند و پس از آن نیاز به تجدید یا ترمیم دوره ای دارند که هزینه بر، زمان بر و از نظر دسترسی به نما در ارتفاع زیاد، بسیار دشوار است.

از سوی دیگر، در پروژه های نما و سازه های پیش ساختهGRC  که عمر بهره برداری آن ها بیش از ۰۳ سال است، تکیه بر پوشش های موقتی با عمر محدود پاسخگوی الزامات دوام و زیبایی درازمدت نیست.

بنابراین نیاز اصلی، توسعه یک فناوری درونی در طرح اختلاط لایه رویهGRC  است ،

به گونه ای که مقاومت در برابر اشعهUV  در خودِ ساختار سطحی بتن ایجاد شود، نه با پوشش خارجی موقت.

این رویکرد علاوه بر افزایش دوام ذاتی قطعات، موجب کاهش هزینه های نگهداری، افزایش طول عمر مفید نما و حفظ رنگ و بافت اصلیGRC  در شرایط محیطی سخت خواهد شد.

پیشینه مسئله و مفاهیم علمی مرتبط با مسئله: ) در این قسمت در رابطه با مفاهیم و تئوری هایی که حول این نیاز وجود دارد، توضیحاتی داده شود.(

پرتوهای فرابنفش (UV) یکی از عوامل اصلی تخریب مصالح پلیمری و معدنی در محیط های بیرونی هستند. در قطعات GFRC، با وجود اینکه زمینه سیمانی ذاتاً معدنی است، اما سطح بیرونی قطعه معمولاً دارای ترکیبات پلیمری اصلاح کننده، مواد افزودنی رزینی، یا ذرات رنگ دانه ای آلی است که در برابر تابشUV  مستعد تخریب فوتوشیمیایی می باشند.

تابش مستمرUV  منجر به شکست پیوندهای شیمیایی در ترکیبات سطحی، آزاد شدن رادیکال های آزاد ،و تشکیل ترکیبات گچی یا پودری شکل (chalking) می شود. این پدیده ضمن کاهش دوام سطح، باعث افت رنگ، کاهش براقیت، و زبری ناخواسته می گردد.مطالعات علمی در دهه های اخیر نشان داده اند که افزودن جاذب های (UV (UV absorbers و پایدارکننده های نوری (HALS) به پوشش های سطحی می تواند دوام را تا چند سال افزایش دهد، اما پایداری آن ها به دلیل تجزیه تدریجی مواد آلی محدود است. از سوی دیگر، تحقیقات جدید به سمت ایجاد مقاومت ذاتی درون ماتریس سیمانی پیش رفته اند؛

_•          افزودنی های اکسید تیتانیوم (2TiO) به عنوان جاذب طبیعیUV  و عامل خودتمیزشوندگی،

_•          استفاده از نانوذرات اکسید روی (ZnO) یا سیلیکا اصلاح شده برای بازتاب و پراکندگی امواجUV ،

_•          و اصلاح سطح با الیاف مقاوم بهUV  یا پوشش معدنی نازک (mineral coating) در حین تولید.

این مفاهیم نشان می دهد که امکان دستیابی به پایداری بلندمدت در برابرUV  از طریق اصلاح طرح اختلاط _{لایه بیرونی} GRC وجود دارد؛ رویکردی که تاکنون در ایران به صورت نظام مند توسعه نیافته و می تواند یک مسیر فناورانه بومی و اقتصادی برای ارتقاء کیفیت محصولاتGFRC  محسوب شود.

با توجه به ماهیت میان رشته ای پروژه، اجرای این طرح نیازمند همکاری و هم افزایی چند حوزه تخصصی است:

1.      مهندسی مواد و متالورژی گرایش سرامیک یا مصالح ساختمانی برای طراحی و ارزیابی افزودنی های معدنی و نانوساختارها جهت مقاومت در برابرUV .

2.      مهندسی عمران،  مصالح و سازه های پیش ساخته برای تحلیل اثر افزودنی ها بر خواص مکانیکی و دوام بتنGFRC  و ارزیابی عملکرد در شرایط محیطی واقعی.

۰. شیمی کاربردی و مهندسی پلیمر، جهت شناسایی و اصلاح ترکیبات رزینی یا مواد آلی مقاوم به UV در لایه سطحی.

4. فناوری نانو و فوتوشیمی مواد،  برای توسعه افزودنی های نانوساختار مانند2ZnO ، TiO یا

2SiO اصلاح شده و بررسی مکانیسم جذب و پراکندگی UV .

۵. مهندسی سطح و پوشش های حفاظتی برای طراحی لایه های بیرونی یا ادغام پوشش های معدنی ائمی در فرآیند تولید GFRC.

6.     فناوری هسته ای در مهندسی عمران

7.     شیمی هیدراسیون و واکنش های فوتوکاتالیستی

8.     فناوری های نو در بتن هوشمند

1.     نماهای معماریGRC  وGFRC  در ساختمان های بلندمرتبه، اداری و تجاری که در معرض تابش مستقیم خورشید قرار دارند.

2.     سازه ها و المان های شهری نظیر گنبدها، دیواره های تزئینی، کف پوش ها و مبلمان شهری که دوام رنگ و سطح آن ها اهمیت بالایی دارد.

۰. سازه های ساحلی و مناطق با تابش بالا مانند جزایر جنوبی، بنادر و پروژه های گردشگری ساحلی که شدتUV  بسیار زیاد است.

4. پروژه های زیرساختی و عمرانی بلندمدت شامل پل های پیش ساخته، دیواره های صوتی، یا پوشش های بتنی نما که نیاز به عمر مفید بیش از ۰۳ سال دارند.

۵. کاربردهای صنعتی خاص مانند پانل های نما در نیروگاه ها یا سازه های صنعتی که در معرض تابش شدید و دمای بالا قرار دارند.

استفاده از این فناوری موجب کاهش هزینه های نگهداری، افزایش دوام ظاهری و عملکردی قطعات، و ارتقاء  کیفیت نماهای بتنی پیش ساخته در سطح ملی و صادراتی خواهد شد.

ویژگی ها و الزامات کلیدی مورد انتظار عبارتند از:

1.     پایداری بلندمدت در برابرUV  حداقل به مدت 2۳ تا ۰۳ سال، بدون افت محسوس رنگ، زبری یا گچی شدن سطح.(chalking)

2.     امکان ترکیب افزودنی ها در طرح اختلاط لایه اولGRC  ، به گونه ای که نیاز به عملیات پس پرداخت

.حذف شود(coating)

۰. حفظ خواص مکانیکی و فیزیکی بتنGRC  شامل مقاومت خمشی، چسبندگی الیاف، نفوذپذیری پایین و پایداری رنگدانه ها.

4. سازگاری کامل با مواد اولیه معمول در تولیدGRC  سیمان سفید، میکروسیلیس، الیاف شیشهAR ، پلیمرهای اصلاحی.

۵. مقاومت در برابر شرایط اقلیمی سخت شامل تابش شدید، رطوبت بالا ،نمکهای یخ زدا و سیکل های حرارتی خصوصاً برای مناطق جنوبی ایران.

ارائه نتایج آزمایشگاهی و میدانی جهت ارزیابی عملکرد در برابر تابشUV  مطابق با آیین نامه ها و استانداردهای بین المللی زیر:

1.     – (9 & 8EN 117۳ (Part روش های آزمون برای قطعاتGRC  و ارزیابی دوام سطح در برابر شرایط محیطی.

2.     – ۳4۳4-۳۳-۳9۳۳62ETAG ۳۰4 / EAD الزامات فنی برای پنل های نما و اجزای پیش ساختهGRC  در نماهای تهویه دار.

۰.  1۰۵۳1EN و – 14992EN  طبقه بندی عملکرد سازه ای و دوام ظاهری قطعات بتنی در نما.

4.  – 16474ASTM G1۵4 / ISO آزمون تسریع شده تابشUV  و ارزیابی تغییر رنگ و چاکینگ سطحی.۵.  –GRCA Specification & Practical Design Guide الزامات دوام سطح، نگهداری و رفتار درازمدت در معرض تابش و شرایط اقلیمی.

خروجی مورد انتظار پروژه:

توسعه یک افزودنی یا اصلاح گر معدنی/نانو ساختار مقاوم بهUV  قابل استفاده در لایه بیرونیGRC ، تدوین گزارش فنی تطبیقی با آیین نامه های اروپایی وGRCA ،  ارائه نمونه های آزمایش شده مطابق استانداردهای دوام نما:

(1۵4ETAG ۳۰4, EN 117۳ ASTM G)جهت ارزیابی عملکرد نهایی.

برآوردها نشان می دهد که هزینه نگهداری و بازسازی پوشش سطحیGFRC  در طول ۰۳ سال عمر بهره برداری ،حدود ۰ تا 4 برابر هزینه اولیه تولید قطعه خواهد بود.

در مقابل، فناوری پیشنهادی در این طرح  یعنی ایجاد مقاومت ذاتی در برابرUV  از طریق اصلاح طرح اختلاط لایه اولGRC   موجب حذف کامل هزینه های نگهداری دوره ای مرتبط با پوشش های سطحی می شود.

این فناوری علاوه بر کاهش مستقیم هزینه های نگهداری، مزایای اقتصادی زیر را نیز در پی دارد:

1.      افزایش طول عمر مفید نماها و کاهش نیاز به تعویض زودهنگام پنل ها.

2.      حفظ ارزش ظاهری و زیبایی نما در بلندمدت که به طور مستقیم بر ارزش ملک و رضایت کارفرما تأثیر دارد.

۰. کاهش توقف بهره برداری یا نیاز به داربست و تجهیزات دسترسی مجدد برای تعمیر سطح.

4. صرفه جویی ارزی از طریق کاهش وابستگی به پوشش های نانویی وارداتی با عمر محدود.

۵. افزایش بهره وری تولید در کارخانه از آنجا که فرآیند افزودن مواد مقاوم بهUV  در همان مرحله اختلاط واسپری انجام می شود و نیازی به عملیات جداگانه ندارد.

در مجموع، انتظار می رود فناوری مورد نظر طی چرخه عمر ۰۳ ساله قطعه، موجب کاهش ۵۳ تا 7۳ درصدی هزینه های نگهداری و بازسازی سطح نما شود، در حالی که تنها افزایش حدود ۵ تا 8 درصدی در هزینه اولیه تولید خواهد داشت.

بنابراین، از نظر اقتصادی این فناوری کاملاً مقرون به صرفه و سرمایه گذاری با بازگشت بلندمدت محسوب می شود.