دو برابر کردن طول عمر بتن با کمک نانومواد

مهندسان در موسسه ملی استنفورد، روشی برای دو برابر کردن طول عمر بتن توسعه داده‏اند. طبق گفته‏ی این محققان نکته‏ی کلیدی در این روش یک افزودنی نانومقیاس است که نفوذ یون‏های سولفات و کلرید را از نمک جاده‏، آب دریا و جامدات به داخل بتن کاهش می‏دهد. کاهش انتقال یون به داخل بتن، به معنی کاهش هزینه‏های نگهداری و خرابی‏های فاجعه‏آمیز ساختارهای بتنی است.

این فناوری جدید می‏تواند باعث میلیاردها دلار صرفه‏جویی و نجات جان افراد زیادی شود. بتن یکی از مواد ضروری در صنایع مختلف و زیرساخت‏های یک کشور به شمار می‏رود؛ اما یکی از مشکلات آن این است که نفوذ یون‏های سولفات و کلرید به تدریج سبب ایجاد صدمات ساختاری شده، در نهایت به ایجاد ترک و کم‏دوام شدن بتن می‏شود. تلاش‏های گذشته برای بهبود طول عمر بتن روی ساخت بتن‏هایی متمرکز شده بود که فشرده‏تر بوده، تخلخل کمتر دارند؛ اما متاسفانه این فرمولاسیون‏ها تمایل زیادی به ترک برداشتن دارند.

محققان NIST برای دو برابر کردن طول عمر این مواد از روش متفاوتی استفاده کردند. آنها بر این باور بودند که افزایش دهنده‏های ویسکوزینه، نفوذ در بتن را کاهش می‏دهند. به عقیده‏ی آنها برای کاهش سرعت نفوذ یون‏های سولفات و کلرید به داخل بتن، به جای تغییر اندازه و چگالی خلل و فرج در بتن، بهتر است ویسکوزینه‏ی محلول در بتن را در میکرومقیاس تغییر داد.

وال بنتر، یکی از این محققان، می‏گوید: «شنا کردن در استخری از عسل سخت‏تر و طولانی‏تر از شنا کردن در استخری از آب است.» این محققان با الهام از افزودنی‏هایی که در صنایع غذایی برای غلیظ کردن غذا استفاده می‏شود، حتی یک افزودنی رایج به نام زانتوم (Xanthum) که سس‏ها و چاشنی‏های سالاد را غلیظ می‏کند، تست کردند.

در محققان با مطالعه‏ی افزودنی‏های مختلف به این نتیجه رسیدند که اندازه‏ی مولکول افزودنی برای استفاده به عنوان مانعی برای نفوذ، بسیار مهم است. مولکول‏های بزرگ‏تر از قبیل اتر سلولز و صمغ زانتوم باعث افزایش ویسکوزینه می‏شوند؛ اما سرعت نفوذ یون‏ها را کاهش نمی‏دهند، در مقابل مولکول‏های کوچک‏تر (کمتر از صدنانومتر) منجر به کاهش سرعت نفوذ یون‏ها خواهند شد. به گفته‏ی بنتر موقعی که اندازه‏ی افزودنی بزرگ و غلظت آن کم است، حرکت و نفوذ یون‏های کلرید به داخل آنها آسان خواهد بود؛ اما با بالاتر رفتن غلظت افزودنی‏های کوچک‏تر، به منظور افزایش ویسکوزیته، جلوگیری از حرکت و نفوذ یون‏ها بهتر انجام می‏شود.

براساس توضیح این محققان می‏توان این نانوافزودنی‏ها را به همراه ترکیبات شیمیایی رایج با بتن مخلوط کرد؛ اما وقتی این نانوافزودنی‏ها از طریق اشباع کردن جاذب (ماسه سبک) با بتن مخلوط شوند، عملکرد بهتری را خواهند داشت. آنها برای کاهش هزینه و غلظت مورد نیاز از این نانوافزودنی‏ها برای دو برابر کردن طول عمر بتن، در حال بررسی دیگر مواد و روش‏های مخلوط کردن هستند.

منبع: مجله فناوری نانو

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی