سیمان پرمصرف ترین ماده در صنعت ساخت و ساز است و درعین حال یکی از عوامل مهم گرم شدن کره زمین است. با وجود اینکه در اخبار زیاد به نام سیمان اشاره نمی شود اما سیمان حدود یک دهم میزان گازهای گلخانه ای ناشی از صنعت، گاز گلخانه ای تولید می کند. اکنون یک مطالعه جدید روشی را برای ساخت بتن پیشنهاد می کند که میزان انتشار گازهای گلخانه ای را به بیش از نصف میزان فعلی کاهش می دهد و خروجی آن هم مستحکم تر و بادوام تر می شود.
محققان ترکیب جدیدی برای سیمان کشف کردند که باعث افزایش مقاومت و کاهش آلایندگی آن می شود
یافته های این تحقیق نتیجه دقیق ترین آنالیز مولکولی است که تا کنون روی ساختار پیچیده بتن – که مخلوطی از شن و ماسه، آب و سیمان است- انجام شده است. برای تولید سیمان ابتدا مواد حاوی کلسیم – عموماً سنگ آهک – و مواد حاوی سیلیکا – عموماً خاک رس – در دمای 1500 درج سیلسیوس را می پزند که حاصل آن یک توده سخت به نام “کلینکر” است. سپس این کلینکر را پودر می کنند و تا به سیمان برسند. فرایند دی کربن شدن سنگ آهک و گرم شدن بتن دلیل اصلی گازهای گلخانه ای تولید شده توسط بتن هستند.
نتایج این آنالیز نشان می دهد که با کاهش نسبت کلسیم نسبت به سیلیکات نه تنها انتشار آلاینده ها کاهش می یابد بلکه بتن مستحکم تر و و بهتری هم ساخته می شود. نتایج این یافته علمی در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
رونالد پلنک یکی از اعضای تیم تحقیقاتی به این نشریه گفته است: “بتن پرمصرف ترین ماده در این سیاره است و تخمین زده می شود که میزان مصرف آن سه برابر فولاد است. انسان ها هیچ راه یا ماده دیگری برای ساخت خانه سراغ ندارند که بتواند مایع را در دمای اتاق و در عرض 10 ساعت به سنگ تبدیل کند. این کارکردها جادوی بتن است”.
پلنک در ادامه توضیح داد که در سیمان معمولی نسبت کلسیم به سیلیکا حدود 1.2 تا 2.2 است و میزان استاندارد آن 1.7 است. اما ساختار مولکولی سیمانی با این نسبت ها هیچگاه با دقت مورد بررسی قرار نگرفته بود. به همین خاطر پلنک و همکارانش یک پایگاه داده از تمام این فرمول های شیمیایی ساختند و دریافتند که ترکیب بهینه آن چیزی نیست که امروز مورد استفاده قرار می گیرد و نسبت بهینه 1.5 می باشد.
طبق اظهارات پلنک، با تغییر دادن نسبت ساختار شیمیایی مواد سخت از یک ساختار کریستالی بسیار منظم به یک ساختار شیشه ای بی نظم تغییر می کند. این گروه دریافتند که نسبت 1.5، کلسیم را برای هر قطعه سیلیکا تفکیک می کند تا تبدیل به “یک نسبت جادویی” شود. دلیل آن هم این است که با این نسبت مواد می توانند با یک طراحی در مقیاس مولکولی، و با مقاومت مکانیکی دربرابر شکستن به دوبرابر مقاومت سیمان معمولی برسند.
پلنک در ادامه افزود: “پشتوانه اعتبار این یافته ها داده های تجربی بسیار زیاد ما هستند. از آنجاییکه که میزان تولید گازهای گلخانه ای مربوط به بتن 5 تا 10 درصد سهم صنایع می باشد، هرگونه کاهش در مقدار کلسیم مخلوط سیمان، روی میزان CO2 تاثیر خواهد داشت. در واقع میزان کاهش انتشار کربن به 60 درصد هم می رسد.”
علاوه بر بهبود کلی استحکام مکانیکی، به این خاطر که با این نسبت مواد بیشتر شیشه ای هستند تا کریستالی هیچگونه ته نشینی در مواد باقی نمی ماند و بنابراین مقاومت آن دربرابر شکستگی هم افزایش می یابد.
این یافته ها نتیجه پنج سال تحقیق و همکاری مشترک موسسات MIT و CNRS (موسسه ای که پلنک رییس تحقیقاتی آن است) می باشد.
پلنک می گوید این فرمول اصلاح شده بخاطر بهبود مقاومت بهبودیافته سیمان در برابر فشارهای مکانیکی، می تواند برای صنایع گاز و نفت بسیار مفید باشد. در این صنایع از سیمان به عنوان پوشش برای جلوگیری از نشت نفت و گاز استفاده می شود. با این اوصاف مقاومت سیمان چیزی است که برای این صنایع بیشترین اهمیت را دارد.
پلنک توضیح داد: “این کار تحقیقاتی هنوز در سطح آنالیز مولکولی باقی مانده است. در گام بعدی باید ببینیم که این خواص در مقیاس نانو به مقیاس متوسط منتقل می شوند یا خیر. در آن مرحله می توانیم مقیاس مهندسی شده این نوع سیمان را برای زیرساخت ها، مسکن ها و غیره آماده کنیم.”
دینک باژانت، استاد عمران و محیط زیست دانشگاه نورث وسترن درباره این تحقیق گفته است: “رونالد پلنک و گروهش در MIT در حال تولید نسل جدیدی از سیمان هستند و نانوساختارها و خواص هیدرات سیمان را بسیار شفاف تر کرده اند.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.