تقویت خواص سیمان به کمک نانوذرات در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری

به گزارش گروه علم و فناوری آنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، دهه‌های اخیر تولید و مصرف سیمان در کشورهای در حال توسعه به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. اگرچه سیمان یک محصول بسیار مهم برای توسعه اقتصادی به شمار می‌رود، اما مشکلات زیست‌محیطی از جمله انتشار گاز دی‌اکسید کربن (CO2)، دی‌اکسید سولفور (SO2)، اکسیدهای ازت (NOx) و همچنین ذرات معلق در هوا موجب شده است تا بسیاری از محققان برای کاهش این مشکلات تلاش کنند.
عارف صادقی نیک، هدف از انجام این طرح را ارتقای خواص مکانیکی و ریزساختار سیمان دانست و افزود: «در پژوهش حاضر از دو نوع نانوذره برای بهبود خواص مکانیکی و ریزساختار سیمان پرتلند و همچنین کاهش آلودگی زیست‌محیطی ناشی از تولید سیمان استفاده شده است».
استفاده از سیمان اصلاح شده با نانوذرات در تولید بتن موجب خواهد شد تا از یک سو طول عمر سازه‌های بتنی افزایش یابد و از سوی دیگر کاهش مصرف و تقاضای سیمان، کاهش آلودگی زیست‌محیطی را به دنبال دارد.
به گفته صادقی نیک، در این طرح از دو نوع نانوذره دی‌اکسید تیتانیم و مونت موریلونیت برای بهبود خواص سیمان استفاده شده است. حضور این نانوذرات در فرمولاسیون سیمان موجب شده است تا واکنش شیمیایی بهتری بین اجزای سیمان انجام شده و تراکم ماتریس سیمان افزایش یابد، که این امر ارتباط مستقیم با ارتقاء ویژگی‌های بتن نظیر خصوصیات مکانیکی، پایایی و افزایش طول عمر دارد. همچنین حضور نانوذرات فتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیم نقش قابل‌توجهی در زیبایی نمای سازه نهایی دارد.
این محقق مراحل انجام طرح را این‌گونه تشریح کرد:‌ «ابتدا نانوذرات مونت موریلونیت و دی‌اکسید تیتانیم سنتز و سپس بطور توام و با نسبت ۱، ۲ و ۳ درصد وزنی سیمان بصورت جایگزین، در ساخت نمونه‌های سیمان مورد استفاده قرار گرفتند. در مرحله بعد، از آزمون پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی به‌منظور بررسی فازهای موجود در ساختار سیمان استفاده شد. همچنین به‌ منظور شناسایی کیفی و کمی ترکیبات آلی حاوی نانو ذرات، تعیین نوع گروه عاملی و پیوندهای موجود در مولکول‌های آن‌ها از روش طیف‌سنجی مادون‌قرمز به روش FT-IR استفاده شد».
نتایج حاصل از آزمون‌های مکانیکی و بررسی ویژگی‌های نانوساختاری نمونه‌ها نشان می‌دهد که با افزودن توأم نانو ذرات مونت موریلونیت و نانو ذرات تیتانیوم، به‌صورت جایگزین سیمان مصرفی تا حد یک درصد به‌عنوان درصد بهینه، شاهد افزایش خصوصیات مکانیکی (افزایش مقاومت فشاری حدود ۱۶درصد و افزایش مقاومت خمشی حدود ۱۳ درصد در نمونه‌های سیمان در سن ۲۸ روز) و بهبود ریزساختار سیمان خواهیم بود.
در سال ۲۰۱۳ حدود ۴۰۸۰ میلیون تن سیمان در جهان تولید شده است که ۱درصد آن ۴۰/۸ میلیون تن است. بنابراین با کاهش یک درصد از تولید سیمان و با توجه به تولید حدود یک تن دی‌اکسید کربن به ازای هر تن تولید سیمان، می‌توان مانع انتشار حدود ۴۰/۸ میلیون تن از دی‌اکسید کربن در دنیا شد. از سوی دیگر، هزینه حذف هر یک تن CO۲ حدود ۲۰ تا ۵۰ یورو گزارش شده است. لذا به سبب کاهش انتشار حدود ۴۰/۸ میلیون تن از دی‌اکسید کربن تقریباً بین ۸۱۶ تا ۲۰۴۰ میلیون یورو از هزینه‌های مربوط به حذف CO۲ کاهش میابد. ازاین‌رو استفاده از نانو فناوری در جهت نیل به توسعه پایدار صنعت بتن و ساخت‌وساز می‌تواند بسیار کارآمد باشد.