دو برابر کردن طول عمر بتن با کمک نانومواد

مهندسان در مؤسسه ملی استنفورد، روشی برای دو برابر کردن طول عمر بتن توسعه
داده‌اند. طبق گفته‌ی این محققان نکته‌ی کلیدی در این روش یک افزودنی نانومقیاس است
که نفوذ یون‌های سولفات و کلرید را از نمک جاده، آب دریا و جامدات به داخل بتن کاهش
می‌دهد. کاهش انتقال یون‌ به داخل بتن، به معنی کاهش هزینه‌های نگهداری و خرابی‌های
فاجعه‌آمیز ساختار‌های بتنی است.

این فناوری جدید می‌تواند باعث میلیاردها دلار صرفه‌جویی و نجات جان افراد
زیادی شود. بتن یکی از مواد ضروری در صنایع مختلف و زیرساخت‌های یک کشور به
شمار می‌رود؛ اما یکی از مشکلات آن این است که نفوذ یون‌های سولفات و کلرید به‌تدریج
سبب ایجاد صدمات ساختاری شده، در نهایت به ایجاد ترک و کم‌دوام ‌شدن بتن می‌شود.
تلاش‌های گذشته برای بهبود طول عمر بتن روی ساخت بتن‌هایی متمرکز شده بود که
فشرده‌تر بوده، تخلخل کمتر دارند؛ اما متأسفانه این فرمولاسیون‌ها تمایل زیادی
به ترک برداشتن دارند.
محققان NIST برای دو برابر کردن طول عمر این مواد از روش متفاوتی استفاده
کردند. آنها بر این باور بودند که افزایش‌دهنده‌های ویسکوزیته، نفوذ در بتن را
کاهش می‌دهند. به عقیده‌ی آنها برای کاهش سرعت نفوذ یون‌های سولفات و کلرید به
داخل بتن، به جای تغییر اندازه و چگالی خلل و فرج در بتن، بهتر است ویسکوزیته‌ی
محلول در بتن را در میکرومقیاس تغییر داد.
وال بنتر، یکی از این محققان، می‌گوید: «شنا کردن در استخری از عسل سخت‌تر و
طولانی‌تر از شنا کردن در استخری از آب است.» این محققان با الهام از
افزودنی‌هایی که در صنایع غذایی برای غلیظ‌ کردن غذا استفاده می‌شود، حتی یک
افزودنی رایج به نام زانتوم (Xanthum) که سس‌ها و چاشنی‌های سالاد را غلیظ
می‌کند، تست کردند.
این محققان با مطالعه‌ی افزودنی‌های مختلف به این نتیجه رسیدند که اندازه‌ی
مولکول‌ افزودنی برای استفاده به‌عنوان مانعی برای نفوذ، بسیار مهم است.
مولکول‌های بزرگ‌تر از قبیل اتر سلولز و صمغ زانتوم باعث افزایش ویسکوزیته
می‌شوند؛ اما سرعت نفوذ یون‌ها را کاهش نمی‌دهند، در مقابل مولکول‌های کوچک‌تر
(کمتر از صد نانومتر) منجر به کاهش سرعت نفوذ یون‌ها خواهند شد. به گفته‌ی بنتر
موقعی که اندازه‌ی افزودنی بزرگ و غلظت آن کم است، حرکت و نفوذ یون‌های کلرید
به داخل آنها آسان خواهد بود؛ اما با بالاتر رفتن غلظت افزودنی‌‌های کوچک‌تر،
به‌منظور افزایش ویسکوزیته، جلوگیری از حرکت و نفوذ یون‌ها بهتر انجام می‌شود.

بر اساس توضیح این محققان می‌توان این نانوافزودنی‌ها را به همراه ترکیبات
شیمیایی رایج با بتن مخلوط کرد؛ اما وقتی این نانوافزودنی‌ها از طریق اشباع
کردن جاذب (ماسه سبک) با بتن مخلوط شوند، عملکرد بهتری را خواهند داشت. آنها
برای کاهش هزینه و غلظت مورد نیاز از این نانوافزودنی‌ها برای دو برابر کردن
طول ‌عمر بتن، در حال بررسی دیگر مواد و روش‌های مخلوط ‌کردن هستند.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Concrete International منتشر شده‌است.