Nanoteknolojilerin yapı sektöründe yeri
Prof. Dr. Yusuf MENCELOĞLU - Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Öğretim Üyesi
Yiğit YİĞİTCAN - Sabancı Üniversitesi Üretim Sistemleri Mühendisliği lisans öğrencisi
Nanoteknolojiler diğer bütün sektörlerde olduğu gibi yapı sektöründe de etkisini gün geçtikçe arttırıyor. Günümüzde, yapı sektöründe nanoteknoloji ile üretilen malzemelere (nano-malzemeler) olan talep sınırlı miktardadır. Bu miktar 2006 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde 20 milyon dolar civarındaydı. Son yıllarda, nano-malzemeler daha yaygın olarak kullanılmaya başlanıyor. 2011 yılında yapı sektöründe kullanılması beklenen nano-malzeme değeri 100 milyon dolar olarak tahmin edilmekte. Ayrıca bu değerin 2025 yılında 1.75 milyar dolar gibi çok yüksek bir değere ulaşacağı ön görülüyor. Yapıştırıcılar, beton, kaplama, döşeme, cam, aydınlatma cihazları, boru tesisatları ve diğer inşaat malzemeleri gibi alanlarda kullanılan nano-malzemeler yapı sektöründe sınırsız bir gelişmeye katkıda bulunacaklar.
Dünya Genelinde Uygulamalar
Çok yüksek performanslı beton
Çok yüksek performanslı beton (ultra high performance concrete - UHPC) nanoteknolojik olarak betonun geliştirilmiş bir halidir. Bu gelişim sayesinde ham madde kullanımı azaltılarak daha hafif yapılar oluşturulabilmekte ve bu özelliğe ek olarak bu yapıların dayanıklılıklarıyla birlikte sağlamlıkları da artmış olmaktadır. UHPC kullanılarak diğerlerine göre çok daha hafif ve daha dayanıklı olan köprüler inşa edilmiştir. Bu özellikleriyle çok büyük avantajlar sağlayan UHPC, yakın bir gelecekte her yapıda kullanılmaya başlanacaktır.. UHPC kullanılarak inşa edilen köprü örneklerini içinde Sherbrooke Footbridge (Kanada, 1997), Seonyu Footbridge (Seul, Kore, 2002), Sakata-Mirai Footbridge (Japonya, 2004) ve Gärtnerplatz" Footbridge (Kassel, Almanya, 2007 - aşağıdaki resim) sayılabilir.
UHPC Kullanılarak yapılmış bir köprü örneği
Su Itici, Korozyon Dayanımı Yüksek, Esnek Beton
Beton hazırlamada kullanılan akışkanlaştırıcıların özel tasarımı sayesinde membran yalıtımı gerektirmeyen hidrofobik (su itici) yapı ve bozulmaya karşı yüksek koruma sağlayan betonarmelerin hazırlanması mümkündür. Bunun yanı sıra harç içinde kullanılan organik fiberler ile karma, esnek ve hafif betonarme yapılara olanak sağlanmaktadır.
Esnek Beton
Geliştirilmiş beton (ECC maddesi)
Son yıllarda yapısal uygulamalarda basınca olan dayanıklılığı giderek artan betonlar kullanılmaya başlanmıştır. Michigan Üniversitesi de bu konu üzerine çalışmalar yaparak bir kompozit madde oluşturmaktadır. Bu madde İngilizce'de Engineering Cement Concrete olarak bilinmekte ve kısaca ECC şeklinde ifade edilmektedir. ECC mühendisler tarafından yapısı değiştirilerek geliştirilmiş bir betondur. Birçok açıdan, ECC özellikleri, orta ve yüksek mukavemetli betonun özelliklerini göstermektedir. Malzeme bileşenleri açısından, ECC elyaf takviyeli olarak beton ile benzer maddeler kullanır. Bu maddeler içerisinde su, çimento, kum, lif ve yaygın olarak kullanılan bazı kimyasal katkı maddeleri yer alır. ECC ve fiber olarak takviye edilmiş beton arasındaki en önemli fark, ECC'nin ilk gerginleşmesinin ardından yumuşama yerine sertleşme göstermesidir.
ECC maddesinin mikroskobik yapısı
ECC özellikle köprülerde kullanılmaktadır. Bu sayede daha büyük açıklıklı beton döşeme elde edilebilir. Ayrıca döşemeler daha ince olabilmektedir. Japonya'da 2005 yılında açılan olan "Mihara Bridge" köprüsü de ECC kullanılarak yapılmıştır. Mihara Köprüsü, Japonya'da iki şehri birbirine bağlayan, 39 km uzunluğunda bir köprüdür. Bu köprüde kullanılan ECC maddesi ile yapılan üst kaplama sadece 5 cm kalınlığındadır. Bu da köprünün diğerlerine göre çok daha hafif olmasını sağlamakla birlikte belirli bir takım avantajları daha yanında getirmektedir. Araştırmalara göre ECC maddesi normal betona göre yaklaşık olarak iki kat daha uzun bir ömre sahiptir. Mihara Köprüsü'nün beklenen yaşam süresi 100 yıldır. Araştırmalar sonucunda, yapım aşamasında ECC kullanılması köprü yapımını daha pahalı hale getirdiği fakat uzun vadede ECC kullanılan köprülerin maliyetinin normal köprülere göre yaklaşık olarak %37 oranında daha ekonomik olduğu ortaya çıkmıştır.
Japonya'nın önemli şirketlerinden biri olan Kajima günümüzde enerji verimliliğini artıracak yeni projeler ve teknolojiler geliştirmektedir. Özellikle Pacific Tower Roppongi ve Nabeaure Yokohama Tower Residence adlı projeleri çok ön plana çıkmıştır. Bu binalarda ECC'nin büyük avantajlar sağlayan yalıtım özelliklerinden faydalanılmıştır. Mart 2007 itibariyle, Kajima tarafından geliştirilmiş olan "enerji tasarrufu yapan bina" teknolojisi tam 123 binada uygulanmaktadır. Geliştirilen bu teknoloji sayesinde, binaların küresel ısınmaya yol açan karbondioksit üretimi yılda 32,343 ton ve 35 yıllık süreçte 1.128,505 ton azalmıştır.
Kendi kendini temizleyebilen yüzeyler
Kendi kendini temizleyen yüzeyler iki farklı yaklaşımla hazırlanmaktadır, bunlardan birisi süper su itici kaplamalar (süperfobik - nilüfer çiçeği örneği), diğeri ise titanyum oksit (TiO2 içeren yüzeylerdir. Bu kaplamalar Avrupa cam pazarında 2001 yılından beri kullanılıyor. Avrupa cam pazarının %45'ine hakim olarak dünya çapında en büyük üretici ve kullanıcı durumundadır. Avrupa çapında yaklaşık olarak 300.000 kişiye cam pazarında iş imkanı sağlanmaktadır. 2001 yılında Avrupa'da 76 milyar pencere üretilmiş ve bunun karşılığında 18 milyar euro'luk bir değere ulaşılmıştır. Avrupa Cam Pazarında kendi kendini temizleyen camların yüzdesi sadece %0.2'dir fakat gelecekte kendi kendini temizleyen camlara olan talebin artacağı ve bu camların pazarda çok daha önemli yüzdelere ulaşacağı tahmin edilmektedir. Avrupa Pazarı, kendi kendini temizleyen yüzeylerin önemini kavrayan Amerika'daki ve Japonya'daki kuruluşlarla rekabet edebilmek için yenilikçi ve gelişimci olmalıdır. Kendi kendini temizleyen camlar için bir uluslararası ortaklık kurulmuştur.
Türkiye'deki uygulamalar
Nanoteknolojinin sanaiiye taşınması, teknolojinin çok iyi anlaşılması ve uygulamalar hakkında bilgi sahibi olunmasını gerekli kılmaktadır. Türkiye'de şu anda aktif olarak nanoteknolojiyi kullanarak ürün ve üretim yapan şirketlerin sayısı oldukça sınırlıdır. Büyük kuruluşların ilerleyen dönemlerde nanoteknolojinin faydalarından yararlanabilmek üzere farklı girişimlerde bulunduğu ancak bu aktivitelerin oldukça sınırlı sayıda olduğu bir gerçektir. Nanoteknoloji ile ilgili kuruluşlar, genellikle; savunma, havacılık, enerji, otomotiv, tekstil, kimya ve inşaat sanayii ile ilgili çalışmalara odaklanmakta ve bu alanlara nanoteknolojiyi adapte etmeye çalışmaktadır.
Bununla beraber üniversitelerimizde araştırma aktiviteleri yoğun bir şekilde devam etmekte ve kamu desteği ile nano teknoloji araştırma merkezleri kurulmaktadır. Ülkemizde eksikliği hissedilen kısım, araştırma laboratuarları ile sanayi arasındaki boşluğun doldurulması ve bu konuda yatırım yapacak yapıların eksikliğidir. Bu amaçla Sabancı Üniversitesi bünyesinde, nano teknolojinin endüstriyel uygulamalarına odaklanacak ve temel araştırmaları bir adım daha ilerleterek sanayiin kullanabileceği düzeye gelmesini sağlayacak ve sanayiin hızla ürüne dönüştürülebilen nanoteknolojilere yönelik ihtiyacını giderecek yeni bir Nanoteknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi kurulmaktadır.
Kaynaklar
http://www.cevreciyiz.com/is_ve_cevre/default.aspx?SectionId=123&ContentId=1713