اصلاح خصوصیات سیمان پرتلند به کمک نانوذرات در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، مصرف سالیانه سیمان به دلیل کاربرد و اهمیت بالای آن در پروژه‌های عمرانی رو به افزایش است. از این رو با توجه به مسائل زیست محیطی و اقتصادی ناشی از افزایش تولید سیمان، یافتن راه‌حلی جهت بهبود ویژگی‌های این ماده می‌تواند بسیار مهم باشد. لذا در این پژوهش سعی شده است تا با به کارگیری فناوری نانو بتوان برخی از ویژگی‌های سیمان نظیر خصوصیات مکانیکی و فیزیکی آن را بهبود بخشید.

عارف صادقی نیک در خصوص اهداف دنبال شده در این طرح عنوان کرد: «بهبود خواص سیمان می‌تواند منجر به بهبود خواص بتن شود و در نهایت موجب افزایش طول عمر و پایایی سازه‌های بتنی خواهد شد. از آنجا که رفتار مکانیکی مواد تشکیل دهنده بتن به عناصر ساختاری آن بستگی دارد، لذا در این طرح تلاش شده تا با استفاده از نانوذرات کاربید سیلیکون (SiC) ساختار مولکولی سیمان و بتن را به گونه‌ای تغییر داد که مشخصات کلی مواد تشکیل دهنده سازه‌های بتنی بهتر شود».

به طور کلی نتایج این طرح بیانگر بهبود خواص سیمان حاوی نانوذرات کاربید سیلیکون بوده است. در واقع این نانوذرات سبب تقویت ماتریس سیمان شده که در نتیجه آن خصوصیات مکانیکی، دوام و عملکرد بتن نهایی بهبود و ارتقاء یافته است.

صادقی نیک در ادامه به شرح اهمیت نتایج کسب شده پرداخت و افزود: «به ازای تولید هر یک تن سیمان، میزان بالایی دی‌اکسید کربن در جو انتشار می‌یابد. از آنجایی که نانوذرات مزبور قادر هستند تا حدودی جایگزین بخشی از سیمان مصرفی در بتن شوند، لذا این امر موجب کاهش مصرف سیمان می‌شود. کاهش مصرف سیمان به معنای کاهش تولید و در نتیجه آلودگی‌های ناشی از آن خواهد بود. این نتیجه گامی مهمی در راستای توسعه پایدار، به ویژه در صنعت بتن و ساخت و ساز است».

این محقق نحوه ساخت و بررسی نمونه‌های سیمان اصلاح شده را این‌گونه توضیح داد: «در روند انجام آزمایش‌ها، پس از سنتز نانو ذرات کاربید سیلیکون با روش سل-ژل، اقدام به ساخت نمونه‌های سیمان حاوی درصدهای مختلف این نانو ذرات شد. سپس با کمک برخی از روش‌های موجود نظیر AFM، XRD و SEM ریزساختار نمونه‌های سیمان بررسی شد. از سوی دیگر خصوصیات مکانیکی سیمان نیز بر طبق استاندارد ASTM بررسی شد».

به گفته صادقی نیک، افزودن نانو ذرات کاربید سیلیکون سبب کاهش میزان هیدروکسید کلسیم شده و از سوی دیگر ژل پایدار کلسیم سیلیکات هیدراته (C-S-H) افزایش یافته است. این امر موجب بهبود ناحیه انتقال بین سنگدانه و ماتریس سیمان می‌شود. کلسیم سیلیکات هیدراته تقریباً نقش اصلی در افزایش مقاومت و دوام بتن را دارد و باعث ایجاد چسبی می‌شود که اجزای بتن را به هم می‌چسباند. همچنین طبق بررسی‌ها، نانوذرات کاربید سیلیکون به عنوان فیلر توانسته‌اند بسیاری از خلل و فرج موجود در مقیاس نانو را پر کنند و موجب کاهش نفوذپذیری و چگال‌تر شدن نمونه شوند. در نتیجه یک ماتریس چسبنده متراکم‌تر تولید شده است. علاوه بر آن، این نانوذرات موجب کاهش زبری و کرنش داخلی نمونه‌ها نیز شده‌اند.

این تحقیقات از تلاش‌های دکتر علی بهاری، عضو هیئأت علمی دانشگاه مازندران، عارف صادقی نیک، کارشناس ارشد مهندسی عمران از باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری و همکارانشان حاصل شده است.