از سیمان هوشمند نانویی جدیدی که محققان ساختند می‌توان برای افزایش استحکام جاده‌ها و شهرها استفاده کرد.
تولید نانوسیمان هوشمند برای استحکام بیشتر سازه‌ها و جاده‌ها
نیروهای طبیعت از زمانی که ما تولید مواد ساختمانی را شروع کردیم، تخریب این مواد را آغاز می‌کنند. یخ و برف، جاده‌های اصلی را مسدود می‌کنند. پایه‌های خانه‌ها، به رغم ساخت و ساز مستحکم، ترک خورده و خراب می‌شوند. علاوه‌بر انبوهی از زباله‌های تولید شده توسط بتن‌های شکسته، هر لاین مایل از جاده تقریباً ۲۴۰۰۰ دلار در سال برای دولت آمریکا هزینه ایجاد می‌کند تا در شرایط خوبی قرار گیرد.
مهندسانی که با استفاده از مواد هوشمند این مسئله را برطرف می‌کنند، معمولاً با افزایش مقدار کربن، عملکرد مواد را تقویت می‌کنند، اما انجام این کار باعث می‌شود که مواد تا حدودی عملکرد مکانیکی خود از دست بدهند.
محققان دانشگاه نورث وسترن با وارد کردن نانوذرات در سیمان معمولی، سیمانی هوشمند، با دوام‌تر و بسیار کارآمد تولید کردند.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در مجله Philosophical Transactions of the Royal Society A منتشر شده است.
با توجه به اینکه سیمان به‌عنوان پرمصرف‌ترین ماده در سطح جهان شناخته شده‌است و صنعت سیمان ۸ درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای را به خود اختصاص داده است، آنج-ترزه آکونو، استاد مهندسی عمران و محیط‌زیست، برای یافتن راه حل به سیمان تقویت شده با فناوری نانو روی آورد. آکونو، نویسنده اصلی این مقاله و استادیار دانشکده مهندسی مک کورمیک، می‌گوید که نانو مواد باعث کاهش اثر کربن کامپوزیت‌های سیمان می‌شوند، اما تاکنون اطلاعات کمی در مورد تأثیر آن بر رفتار شکستگی منتشر شده است.
آکونو می‌افزاید: «نقش نانوذرات در این حوزه پیش از این به خوبی درک نشده است؛ بنابراین، این یک پیشرفت بزرگ محسوب می‌شود. من به‌عنوان یک متخصص حوزه مکانیک، می‌خواستم بدانم که چگونه می‌توان فرآیند تولید سیمان را به‌گونه‌ای تغییر داد که پاسخ شکستگی در این محصول افزایش یابد.»
محققان این پروژه با استفاده از یک روش ابتکاری به نام تست خراش، در کسری از زمان، به‌طور کارآمد پیش‌بینی‌های مربوط به خصوصیات مواد را انجام می‌دهند. در این روش با استفاده از یک کاوشگر مخروطی با افزایش نیروی عمودی نسبت به سطح بیت‌های میکروسکوپی سیمان، پاسخ شکستگی را آزمایش می‌کنند.
آکونو گفت: «با این روش، من توانستم هم‌زمان به مواد مختلف نگاه کنم. روش من به‌طور مستقیم در مقیاس‌های میکرومتر و نانومتر اعمال می‌شود، که زمان قابل توجهی صرفه‌جویی می‌کند. سپس براساس این بررسی‌ها، می‌توانیم چگونگی رفتار مواد، چگونگی ترک خوردن و در نهایت مقاومت آن‌ها در برابر شکستگی را پیش‌بینی کنیم.»
پیش‌بینی‌های انجام شده از طریق آزمایش‌های خراش به مهندسان اجازه می‌دهد تا تغییراتی در مواد ایجاد کنند که عملکرد آن‌ها را در مقیاس بزرگتر افزایش دهد. در این مقاله، از نانوپلاکت‌های گرافن، برای بهبود مقاومت در برابر شکست سیمان معمولی استفاده شد. ترکیب مقدار کمی از این نانومواد همچنین برای بهبود خواص انتقال آب از جمله ساختار منافذ و مقاومت در برابر نفوذ آب موثر بود، به ترتیب کاهش نسبی ۷۶ و ۷۸ درصدی برای این دو عامل گزارش شد.
نانومواد مبتنی بر کربن از جمله نانوپلاکت گرافن در حال حاضر در طراحی حسگرهای مبتنی بر سیمان هوشمند برای نظارت بر سلامت ساختاری در نظر گرفته شده‌اند.
