محققان دانشگاه صنعتی اصفهان، در طرحی تحقیقاتی به بررسی تأثیر حضور نانوذرات بر افزایش دوام و طول عمر روسازی‌های بتنی در مناطق سردسیر پرداختند. نتایج این طرح مورد توجه صنعت راهسازی قرار خواهد گرفت.
اصفهان: افزایش دوام روسازی‌های بتنی در مناطق سردسیر
در سال‌های اخیر، استفاده از روسازی بتنی در برابر روسازی آسفالتی، توجیه اقتصادی بالاتری دارد. همچنین در برخی موارد، استفاده از روسازی بتنی، مثل باندهای فرودگاهی که باید مقاومت بالایی در برابر فشار، ضربه و سایش داشته باشند، تنها گزینه‌ی قابل استفاده است. یکی از مشکلات عمده‌ی استفاده از روسازی بتنی در مناطق سردسیر، دوام پایین آن در برابر چرخههای یخ و ذوب است. از این رو افزایش دوام این نوع روسازی برای سهولت کاربرد آن به ویژه در مناطق سردسیر الزامی به نظر می‌رسد. هدف از انجام این کار ارائه‌ی راهکاری برای دستیابی به این مهم بتن بوده است.
برای این منظور، محققان این طرح به بررسی اثرات استفاده از نانوذرات اکسید سیلیسیوم (نانوسیلیس) و اکسید آلومینیوم (نانوآلومین) بر خواص مکانیکی و دوام بتن پرداختند. نتایج این طرح مشکل فرسایش زودهنگام بتن و کاهش مقاومت آن در مناطق سردسیر را حل می‌کند.
به گفته‌ی نیلوفر سالمی، عموماً برای افزایش دوام بتن در برابر چرخههای یخ و ذوب، از مواد حباب‌زا استفاده می‌کنند. این مواد تا حدی باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. وی با اشاره به نتایج حاصل شده عنوان کرد: «در این طرح نشان داده شده که استفاده از مقادیر بسیار کم نانوموادی همچون نانوسیلیس و نانوآلومین، نه تنها مقاومت فشاری بتن را به طور چشمگیری افزیش می‌دهد، بلکه در افزایش دوام بتن در برابر چرخههای یخ و ذوب هم بسیار مؤثر است.»
در روند این مطالعات، برای ساخت بتن، سیمان با نانومواد مذکور با درصدهای وزنی مختلف، ترکیب شده است. پس از آن، نمونه‌ها در دوره‌های زمانی مختلف تحت آزمایش مقاومت فشاری قرار گرفتند. تعدادی از نمونه‌ها نیز تحت اثر دوره‌های متناوب یخ و ذوب قرار داده شد و با آزمایش‌های مقاومت فشاری و درصد جذب آب، تغییرات در مقاومت فشاری، وزن نمونه‌ها و درصد جذب آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت.
سالمی نحوه‌ی تأثیرگذاری نانوذرات را این‌گونه شرح داد: «استفاده از نانوسیلیس و نانوآلومین در بتن، منجر به ایجاد ساختاری متراکم‌تر در آن می‌شود. این ساختار ناشی از خاصیت ریزپرکنندگی نانومواد است. از طرفی، در اثر هیدراتاسیون سیمان، آهک آزاد می‌شود. نانومواد با آهک آزاد شده واکنش داده و ژل سیلیکات کلسیم را، که مقاومت بالایی دارد، ایجاد می‌کنند. ساختار متراکم‌تر بتن باعث می‌شود که بتن در مجاورت با رطوبت، آب کمتری جذب کرده و در دوره‌ی انجماد، مقدار کمتری یخ در منافذ آن تشکیل شود. به عبارتی آسیب کمتری به آن وارد می‌شود. همچنین نانومواد با افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن (که درصدی از مقاومت فشاری است)، باعث افزایش مقاومت بتن در برابر انجماد آب و انبساط ناشی از تغییر حجم آن می‌شوند.»
نتایج این پژوهش در مجله‌ی Construction and Building Materials ( جلد ۴۸، سال ۲۰۱۳، صفحات ۵۸۰ تا ۵۸۴) به چاپ رسیده و با همکاری دکتر کیاچهر بهفرنیا- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و نیلوفر سالمی- دانشجوی دکترای مهندسی عمران همین دانشگاه انجام شده است.
برای این منظور، محققان این طرح به بررسی اثرات استفاده از نانوذرات اکسید سیلیسیوم (نانوسیلیس) و اکسید آلومینیوم (نانوآلومین) بر خواص مکانیکی و دوام بتن پرداختند. نتایج این طرح مشکل فرسایش زودهنگام بتن و کاهش مقاومت آن در مناطق سردسیر را حل می‌کند.
به گفته‌ی نیلوفر سالمی، عموماً برای افزایش دوام بتن در برابر چرخههای یخ و ذوب، از مواد حباب‌زا استفاده می‌کنند. این مواد تا حدی باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. وی با اشاره به نتایج حاصل شده عنوان کرد: «در این طرح نشان داده شده که استفاده از مقادیر بسیار کم نانوموادی همچون نانوسیلیس و نانوآلومین، نه تنها مقاومت فشاری بتن را به طور چشمگیری افزیش می‌دهد، بلکه در افزایش دوام بتن در برابر چرخههای یخ و ذوب هم بسیار مؤثر است.»
در روند این مطالعات، برای ساخت بتن، سیمان با نانومواد مذکور با درصدهای وزنی مختلف، ترکیب شده است. پس از آن، نمونه‌ها در دوره‌های زمانی مختلف تحت آزمایش مقاومت فشاری قرار گرفتند. تعدادی از نمونه‌ها نیز تحت اثر دوره‌های متناوب یخ و ذوب قرار داده شد و با آزمایش‌های مقاومت فشاری و درصد جذب آب، تغییرات در مقاومت فشاری، وزن نمونه‌ها و درصد جذب آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت.
سالمی نحوه‌ی تأثیرگذاری نانوذرات را این‌گونه شرح داد: «استفاده از نانوسیلیس و نانوآلومین در بتن، منجر به ایجاد ساختاری متراکم‌تر در آن می‌شود. این ساختار ناشی از خاصیت ریزپرکنندگی نانومواد است. از طرفی، در اثر هیدراتاسیون سیمان، آهک آزاد می‌شود. نانومواد با آهک آزاد شده واکنش داده و ژل سیلیکات کلسیم را، که مقاومت بالایی دارد، ایجاد می‌کنند. ساختار متراکم‌تر بتن باعث می‌شود که بتن در مجاورت با رطوبت، آب کمتری جذب کرده و در دوره‌ی انجماد، مقدار کمتری یخ در منافذ آن تشکیل شود. به عبارتی آسیب کمتری به آن وارد می‌شود. همچنین نانومواد با افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن (که درصدی از مقاومت فشاری است)، باعث افزایش مقاومت بتن در برابر انجماد آب و انبساط ناشی از تغییر حجم آن می‌شوند.»
نتایج این پژوهش در مجله‌ی Construction and Building Materials ( جلد ۴۸، سال ۲۰۱۳، صفحات ۵۸۰ تا ۵۸۴) به چاپ رسیده و با همکاری دکتر کیاچهر بهفرنیا- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و نیلوفر سالمی- دانشجوی دکترای مهندسی عمران همین دانشگاه انجام شده است.
