پیمانکار رتبه یک تاسیسات

نمایشگاه بین المللی تبرید(CHILLVENTA)
1395-07-03
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت تاسیسات آب و فاضلاب
1395-07-04
Show all

ساخت بتونی قویتر و بادوامتر

ساخت بتونی قویتر و بادوامتر

گردآورنده: جمال محمدی
مهرماه ۹۵

“اگر بتوانیم بطور جزئی یا کلی برخی از مواد را که بصورت آماده و مهیا در طبیعت وجود دارند جایگزین سیمان کنیم، آنگاه میتوان به دوام و استحکام مدنظر دست یافت” به نقل از پروفسور اورال بایکوزتورک(Oral Buykozturk) از دانشگاه MIT

۱۹۸۱_bostoncityhall_bylebovich8_habs_ma1176محققین دانشگاه MIT درصدد هستند که با الهام گرفتن از مواد موجود در طبیعت طرحی نو برای بتون ارئه دهند. در مقاله منتشر شده در مجله مصالح ساخت و ساز تیم تحقیقاتی خمیر سیمان(جزء چسپنده بتون) را با مواد طبیعی از قبیل استخوان، صدف و اسفنج کف دریا ترکیب کردند. بنابر مشاهدات صورت گرفته، این مواد بیولوژیکی، به سبب داشتن چینش ساختاری دقیق در سطوح میکروسکوپی و ماکروسکوپی، دارای استحکام و دوام خارق العاده ای هستند.

براساس مشاهدات صورت گرفته تیم تحت رهبری اورال بایکوزتورک، با الهام گرفتن از ساختار مواد بیولوژیکی، روشی کاملاً جدید برای طراحی خمیر سیمان پیشنهاد شده است.

بایکوزتورک میگوید:”این مواد از طریق آرایش اجزای ساده در یک ساختار هندسی پیچیده و زیبا، به طرز شگفت انگیزی چینش یافته اند. ما میخواهیم ببینیم چه نوع میکرومکانیسمی درون این ساختارها وجود دارد که این چنین خواص خارق العاده ای به آنها بخشیده، و اینکه چگونه میتوانیم این روش را در ساخت بتونهای ساختمانی به کار ببریم”.

در نهایت، تیم امیدوار است که مواد طبیعی را که دارای استحکام و ماندگاری مناسبی هستند شناسایی کنند، تا جایگزین سیمان پرتلند شوند، زیرا ساخت سیمان پرتلند نیازمند صرف انرژی هنگفتی است.

بایکوزتورگ میگوید: اگر بتوانیم بطور جزئی یا کلی برخی از مواد را که بصورت آماده و مهیا در طبیعت وجود دارند جایگزین سیمان کنیم، آنگاه میتوان به دوام و استحکام مدنظر دست یافت”.

این دستاورد ما را بسوی داشتن جادها، پل ها و سازه های بادوام تر و کاهش اثرات جانبی کربن و انرژی پیش برده و حتی ما را قادر خواهد ساخت که کربن دی اکسید را به مواد اولیه آن تبدیل کنیم. استفاده از نانوتکنولوژی در ساخت بتون مثالی خوب از افزایش توان دانش نانو در حل چالشهای بزرگ مهندسی است.


بتن -بتون مقاوم- ارزش ارکان- بتون 

از مولکول ها تا پل ها

بتونهای امروزی بصورت کاملا تصادفی از به هم چسبیدن شن، ماسه و سنگهای خورد شده بوسیله خمیر سیمان درست میشود. دوام و استحکام بتونها بطور جزئی به ساختار و پیکربندی داخلی منافذ بستگی دارد. برای مثال، وجود منافذ و تخلخل زیاد داخل ماده، آنرا در برابر ترک خورگی آسیب پذیرتر میکند. هرچند، هیچ گونه تکنولوژی و فناوری وجود ندارد که بتوان بکمک آن ساختار داخلی و خصوصیات کلی بتون را با دقت کنترل کرد. “ما میخواهیم این روند، را تغییر داده و ساختار مصالح را در مقیاسی میانه کنترل کنیم”. بایکوزتورک خاطرنشان میکند که: این کار بیشتر یک گمانه زنی است”.

۰۹۰۴۲۲۱۷۵۳۳۶_۱_۹۰۰x600همانگونه که بایکوزتورک آنرا توضیح داد، مقیاس میانی بیانگر حد واسط بین ساختار میکروسکوپی و خصوصیات ماکروسکوپی است. بعنوان نمونه، چگونه آرایش میکروسکوپیک بتون بر روی دوام و استحکام کلی یک ساختمان بلند یا یک پل طویل تاثیر میگذارد؟ درک این ارتباط به مهندسین در تشخیص خصوصیات کلی مقیاسهای طولی مختلف کمک کرده و این امر موجب بهبود عملکرد کلی بتون خواهد شد.

بایکوزتورک میافزاید: “ما از یک طرف با مولکلها و از طرف دیگر با ساختن بناهایی با طول چندین کیلومتر روبرو هستیم”. “ما چگونه بین اطلاعاتی که در مقیاس کوچک بدست آورده ایم و اطلاعاتی که در مقیاس بزرگ داریم ارتباط برقرار کنیم؟ این معماست”.

ساختن از جزء به کل

برای فهم این ارتباط بایکوزتورک و همکارانش مواد بیولوژیکی مانند استخوان، اسفنج کف دریا و صدف مروارید را بررسی کردند، که تمامی این مواد بطور گسترده از نظر خواص مکانیکی و میکروسکوپیک مطالعه شدند. 

آنها با دیدی علمی تمام اطلاعات مواد بیولوژیکی را مشاهده کرده و ساختار و  رفتارشان را در مقیاسه ای نانو، میکرو و ماکرو با خمیر سیمان مقایسه کردند.

و بدنبال یافتن ارتباط بین ساختار ماده و خواص مکانیکی آن بودند. برای مثال،  متوجه شدند که ساختار پیاز مانند لایه های سیلیکایی اسفنج کف دریا، مکانیزمی را برای جلوگیری از ترک خوردگی فراهم میکند. در صدف مروارید، مواد معدنی با داشتن آرایش “آجر و ملات” اتصال محکمی بین لایه های معدنی بوجود میآورند که موجب سختی شدید صدف میشود.

بتن -بتون مقاوم- ارزش ارکان- بتون

ماسیک میگوید: “در این زمینه، طیف گسترده ای از تکنیکهای مدلسازی محاسباتی و خصوصیات چندمقیاسی وجود دارد که برای مطالعه پیچیدگی مواد بیولوژیکی و بیومیمتیک(Biomimetic) مفید هستند، که میتوان به آسانی از آنها در ارتباط با سیمان استفاده کرد”.

با استفاده از اطلاعات بدست آمده از تحقیق بر روی مواد بیولوژیکی، و همچنین دانش جمع آوری شده از وسایل طراحی خمیر سیمان موجود، تیم تحقیقات یک اصل، چارچوب بیوالهام شده(bioinspired) یا روش طراحی سیمان برای مهندسین ارائه کردند، “از جزء به کل”.

چهارچوب ارائه شده مجموعه ای از راهکارهاست، که مهندسین به کمک آنها میتوانند بطور قطع اطمینان داشته باشند که اضافه کردن ماده ای خاص به بتون چه تاثیری بر دوام و استحکام کلی آن خواهد داشت. برای نمونه، در قسمتی از پژوهش، بایکوزتورک بدنبال افزودن یا جایگزین کردن خاکستر آتشفشانی به سیمان است. برای اینکه ببینیم آیا خاکستر آتشفشانی خواص خمیر سیمان را بهبود خواهد داد یا نه، مهندسین مجموعه ای از راهکارها را دنبال میکنند، که از تکنیکهای آزمایشگاهی استفاده میشود، از جمله: رزونانس مغناطیسی هسته ای، بررسیهای میکروسکوپی الکترونی و روش پراش پرتو ایکس که برای مشخص کردن میزان انجماد و پیکربندی تخلخل خاکستر آتشفشانی در طول زمان بکار میروند.

سپس محققین باید قادر باشند، برای یافتن ارتباطات میانمقیاسی بین خصوصیات خاکستر آتشفشانی و مقدار ماده مصرفی با میزان استحکام و دوام پل ساخته شده با بتون حاوی خاکستر آتشفشان، اندازهگیریهای صورت گرفته را در مدلهای شبیه سازی بتون وارد کنند. میتوان این شبیه سازیها را بکمک روشهای مرسوم مقایسه ای و آزمایشهای نانوسختی سنجی با نمونه های واقعی بتون پایه خاکسترآتشفشانی اعتبارسنجی کرد.

نهایتاً، محققین امیدوارند که اصول ارائه شده، مهندسین را کمک کند که اجزا و عناصری را که همانند مواد بیولوژیکی ساختار و تکامل یافته اند شناسایی کنند، بلکه کارآیی و ماندگاری بتون بهبود یابد.

منبع:

www.orbtales.com

www.sciencenewsline.com

 

 

 

یک دیدگاه