21 شهریور 1403 ساعت 17:11
سیمان که پایه بسیاری از سازه‌های مدرن است، با چالش‌های زیست‌محیطی روبرو است. اکنون، دانشمندان روشی نوآورانه برای تقویت سیمان ابداع کرده‌اند.
سیمان ماده اصلی ساخت و ساز دنیای مدرن، یکی از منابع اصلی انتشار گازهای گلخانه‌ای است. بنابراین، افزایش دوام و ایمنی آن اهمیت زیادی دارد. در یک تحقیق نوآورانه، دانشمندان دانشگاه پرینستون با الهام از ساختار پیچیده صدف و ماده درخشان آن (ناکر)، موفق به تولید سیمانی با استحکام بسیار بالاتر شدند. با تقلید از ساختار میکروسکوپی ناکر، محققان توانستند استحکام سیمان را تا ۱۷ برابر افزایش دهند و به این ترتیب، گامی بزرگ در جهت توسعه مصالح ساختمانی مقاوم‌تر و پایدارتر بردارند.
ساختمان‌های پایدار با الهام از صدف‌های دریایی
دانشمندان و محققان علم شیمی، برای ساخت ساختمان‌های پایدارتر، به طبیعت روی آوردند. آنها با الهام از صدف‌های دریایی، در تلاش‌اند تا مواد ساختمانی جدیدی تولید کنند که هم مقاوم باشند و هم به محیط زیست آسیب کمتری برسانند. ماده ناکر موجود در صدف‌ها، نمونه‌ای از یک ماده طبیعی با استحکام بالا است که می‌تواند الگویی برای تولید مصالح ساختمانی آینده باشد. ناکر از صفحات شش ضلعی میکروسکوپی ساخته شده که توسط یک ماده طبیعی چسبنده به هم متصل شده‌اند. این ساختار منحصربه‌فرد باعث استحکام و مقاومت بالای صدف‌ها می‌شود.
با ترکیب آراگونیت که استحکام و بیوپلیمر که انعطاف‌پذیری را به ارمغان می‌آورد، صدف مروارید فوق‌العاده انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر ترک‌خوردگی است. به‌قدری که دانشمندان دپارتمان مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه پرینستون به این فکر افتادند که آیا این ویژگی بهبود یافته طی نیم میلیارد سال تکامل می‌تواند مزایای مشابهی برای مصالح ساختمانی داشته باشد یا خیر. نتایج مطالعه آنها اوایل این ماه در مجله Advanced Functional Materials منتشر شد.
طبق گفته شاشانک گپتا، یکی از نویسندگان این تحقیق، هم‌افزایی بین اجزای سخت و نرم در ناکر، کلید خواص مکانیکی فوق‌العاده آن است. اگر مهندسی بتن در برابر انتشار ترک مقاوم باشد، می‌تواند به تولید بتنی با مقاومت، ایمنی و دوام بالاتر منجر شود.
برای رسیدن به این هدف، تیم گپتا سه نوع تیر چند لایه که از لایه‌های سیمان و پلیمر تشکیل شده بودند، ساخت. تیر اول به صورت ساده از لایه‌های سیمان و پلیمر روی هم قرار گرفته بود. تیر دوم دارای شیارهای شش ضلعی در لایه‌های سیمان بود. تیر سوم دارای صفحات شش ضلعی از سیمان بود. سپس، این سه نوع تیر با یک تیر ساده از سیمان بدون هیچ افزودنی مقایسه شدند.
آزمایش‌ها نشان داد که تیرهای چند لایه، به ویژه تیر با صفحات شش ضلعی، بسیار مقاوم‌تر و انعطاف‌پذیرتر از تیر مرجع بودند. این تیرها ۱۷ برابر مقاوم‌تر و ۱۹ برابر انعطاف‌پذیرتر از سیمان معمولی بودند، بدون اینکه از استحکام آن کم شود.
راهکاری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای
رضا معینی، یکی از محققان این مطالعه، معتقد است که برای ساخت مواد مقاوم‌تر، باید از اصول طبیعی الهام گرفت. او می‌گوید که با ایجاد نقص‌های کنترل شده در مواد، می‌توان آنها را قوی‌تر کرد. این روش مشابه ساختار صدف‌ها است که با وجود داشتن ترک‌های کوچک، بسیار مقاوم هستند.
سیمان قوی‌تر می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود محیط زیست کمک کند. با توجه به اینکه تولید سیمان ۸ درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی را تشکیل می‌دهد، استفاده از سیمان مقاوم‌تر و بادوام‌تر می‌تواند تأثیر مثبتی بر محیط زیست داشته باشد.
هرچند نتایج این مطالعه امیدوارکننده است، اما هنوز به تحقیقات بیشتری برای استفاده از این روش در ساخت و ساز نیاز داریم. این روش جدید مبتنی بر الهام از صدف‌ها است و نیاز به تنظیمات و آزمایش‌های بیشتر برای کاربرد عملی دارد.
source