سازه ها و جاده ها با نانوسیمان هوشمند استحکام بیشتری می یابد - ایستگاه بازی

به گزارش گروه فناوری خبرنگاران، نیرو های طبیعت از زمانی که ما فراوری مواد ساختمانی را شروع کردیم، تخریب این مواد را شروع می نمایند. یخ و برف، جاده های اصلی را مسدود می نمایند. پایه های خانه ها، به رغم ساخت و ساز مستحکم، ترک خورده و خراب می شوند. علاوه بر انبوهی از زباله های فراوری شده به وسیله بتن های شکسته، هر لاین مایل از جاده تقریباً 24000 دلار در سال برای دولت آمریکا هزینه ایجاد می نماید تا در شرایط خوبی قرار گیرد.

مهندسانی که با استفاده از مواد هوشمند این مسئله را رفع می نمایند، معمولاً با افزایش میزان کربن، عملکرد مواد را تقویت می نمایند، اما انجام این کار باعث می گردد که مواد تا حدودی عملکرد مکانیکی خود از دست بدهند.

محققان دانشگاه نورث وسترن با وارد کردن نانوذرات در سیمان معمولی، سیمانی هوشمند، با دوام تر و بسیار کارآمد فراوری کردند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله ای در مجله Philosophical Transactions of the Royal Society A منتشر شده است.

با توجه به اینکه سیمان به اسم پرمصرف ترین ماده در سطح دنیا شناخته شده است و صنعت سیمان 8 درصد از انتشار گاز های گلخانه ای را به خود اختصاص داده است، آنج-ترزه آکونو، استاد مهندسی عمران و محیط زیست، برای یافتن راه چاره به سیمان تقویت شده با فناوری نانو روی آورد. آکونو، نویسنده اصلی این مقاله و استادیار دانشکده مهندسی مک کورمیک، می گوید که نانو مواد باعث کاهش اثر کربن کامپوزیت های سیمان می شوند، اما تا به امروز اطلاعات کمی در خصوص تأثیر آن بر رفتار شکستگی منتشر شده است.

آکونو اضافه نمود: نقش نانوذرات در این حوزه پیش از این به خوبی درک نشده است؛ بنابراین، این یک پیشرفت عظیم محسوب می گردد. من به اسم یک متخصص حوزه مکانیک، می خواستم بدانم که چگونه می توان فرآیند فراوری سیمان را به گونه ای تغییر داد که پاسخ شکستگی در این محصول افزایش یابد.

محققان این پروژه با استفاده از یک روش ابتکاری به نام تست خراش، در کسری از زمان، به طور کارآمد پیش بینی های مربوط به خصوصیات مواد را انجام می دهند. در این روش با استفاده از یک کاوشگر مخروطی با افزایش نیروی عمودی نسبت به سطح بیت های میکروسکوپی سیمان، پاسخ شکستگی را آزمایش می نمایند.

آکونو گفت: با این روش، من توانستم هم زمان به مواد مختلف نگاه کنم. روش من به طور مستقیم در مقیاس های میکرومتر و نانومتر اعمال می گردد، که زمان قابل توجهی صرفه جویی می نماید. سپس براساس این آنالیز ها، می توانیم چگونگی رفتار مواد، چگونگی ترک خوردن و در نهایت مقاومت آن ها در برابر شکستگی را پیش بینی کنیم.

پیش بینی های اجرا شده به وسیله آزمایش های خراش به مهندسان اجازه می دهد تا تغییراتی در مواد ایجاد نمایند که عملکرد آن ها را در مقیاس عظیمتر افزایش دهد. در این مقاله، از نانوپلاکت های گرافن، برای بهبود مقاومت در برابر شکست سیمان معمولی استفاده شد. ترکیب میزان کمی از این نانومواد بعلاوه برای بهبود خواص انتقال آب از جمله ساختار منافذ و مقاومت در برابر نفوذ آب موثر بود، به ترتیب کاهش نسبی 76 و 78 درصدی برای این دو عامل گزارش شد.

نانومواد مبتنی بر کربن از جمله نانوپلاکت گرافن در حال حاضر در طراحی حسگر های مبتنی بر سیمان هوشمند برای نظارت بر سلامت ساختاری در نظر گرفته شده اند.