پیداشدن مواد نانومتری به عنوان جایگزین شن و ماسه در ساختمان بتنی

محققان در آزمایشگاه تور گرافن را به جای شن و ماسه در بتن استفاده کردند. آزمایش‌ها نشان داد که بتن حاوی گرافن، سبک‌تر و به همان اندازه سخت است. این فناوری جدید می‌تواند منجر به کاهش استخراج ماسه و کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در تولیدی بتن شود. هرچند به دلیل قیمت بالای گرافن، نیاز به تحقیقات بیشتر و کاهش قیمت آن وجود دارد. به هر حال، این فناوری می‌تواند به توسعه پایدارتر شهرها کمک کند و به عنوان یک گزینه مناسب برای استفاده از شن و ماسه در بتن مطرح شود.

به گزارش دیجیاتور، جیمز تور از محققان این پروژه گفت: «این نتایج می‌تواند تأثیر عمده‌ای بر یکی از بزرگترین صنایع جهان داشته باشد. ما بتنی که با افزودنی گرافنی ساخته شده را با بتن ساخته شده با استفاده از سنگدانه‌های شن و ماسه مقایسه کردیم، دریافتیم که بتن ما ۲۵ ٪ سبک‌تر بوده در حالی که به همان اندازه سخت است.»

ساخت و ساز سیمان، برای تهیه بتن، ۸ ٪ از انتشار دی‌اکسید کربن در سراسر جهان را به خود اختصاص می‌دهد. علاوه بر این، استخراج ماسه، تهدیدات اکوسیستم‌های رودخانه و ساحلی را دچار مشکل می‌کند.

آزمایشگاه تور با استفاده از روش گرمای ژول، کک متالورژی را به نوعی گرافن تبدیل کرده است که می‌تواند به عنوان جایگزینی برای شن و ماسه در بتن باشد.

پل آدوینکولا، از محققان این پروژه می‌گوید: «آزمایش‌های اولیه نشان داد که کک متالورژیکی به گرافن تبدیل شده است، ساختارهای به دست آمده از نظر اندازه مشابه ماسه هستند. ما تصمیم گرفتیم که از گرافن مشتق از کک متالورژیکی به عنوان جایگزینی کامل برای شن و ماسه در بتن استفاده کنیم و یافته‌های ما نشان می‌دهد که این کار منجر به نتایج خوبی می‌شود.»

آزمایشات مقایسه بتن معمولی با بتن ساخته شده از مصالح گرافن نتایج امیدوارکننده‌ای به همراه داشت. بتن مبتنی بر گرافن نه تنها با خصوصیات مکانیکی بتن استاندارد مطابقت دارد بلکه نسبت استحکام به وزن بیشتری نیز ارائه می‌دهد.

آزمایشگاه تور از گرمایش فلش ژول برای انواع کاربردها، از جمله سنتز نانومواد کربنی ترکیبی، تبدیل زباله قسمت‌هایی از باتری و حذف فلزات سنگین از خاکستر زغال سنگ استفاده کرده است. پل آدوینکولا می‌گوید: «این روش گرافن را سریع‌تر و در مقیاس بزرگتر از روش‌های قبلی ساخت و ساز می‌کند.»

این فناوری جدید موجب کاهش اتکاء به ماسه طبیعی و کاهش انتشار کربن در تولیدی بتن شده و می‌تواند توسعه شهری را به سوی شیوه‌های پایدارتر سوق دهد.

تور گفت: «مدتی طول خواهد کشید تا قیمت گرافن به اندازه کافی کم شود تا این روش پایدار شود. در حال حاضر این نتایج نشان می‌دهد که گزینه‌های دیگری وجود دارد که می‌توانیم دنبال کنیم.»

ناگاراجایا از محققان این پروژه گفت: «این واقعیت که ما در آستانه بحران دربخش شن و ماسه هستیم به ما انگیزه می‌دهد تا به دنبال گزینه‌های دیگری باشیم و کک متالورژی یک گزینه مناسب بوده چرا که تقریباً همان کار شن و ماسه را انجام می‌دهد.»

نتایج آزمایش نشان داد که بتن ساخته شده با افزودنی گرافن، ۲۵٪ سبک‌تر از بتن ساخته شده با شن و ماسه است. این به معنی این است که بتن مبتنی بر گرافن، همان اندازه سختی و قدرت بتن سنتی را دارد، اما وزن آن کمتر است. فناوری استفاده از گرافن به جای شن و ماسه در ساخت و ساز بتن، می‌تواند تأثیر عمده‌ای بر تولیدی ساخت و ساز جهانی داشته باشد. استفاده از گرافن به جای مصالح سنتی مانند شن و ماسه، منجر به کاهش انتشار دی‌اکسید کربن و تهدیدات به اکوسیستم مرتبط با استخراج ماسه می‌شود. این فناوری جدید می‌تواند منجر به توسعه شهرهای پایدارتر و اکوسیستم دوست‌تر شود. در حال حاضر، قیمت گرافن بسیار بالاست، اما این نتایج نشان می‌دهد که راه‌های دیگری برای استفاده از مصالح جایگزین در ساخت و ساز بتن وجود دارد. از این روش می‌توان برای کاهش اتکاء به ماسه طبیعی و کاهش انتشار کربن در تولیدی بتن استفاده کرد.