جایگزینی ماسه با گرافن برای تولید بتن سبک‌تر و قوی‌تر

هنگامی که به منابعی فکر می‌کنید که در حال اتمام هستند، شن و ماسه ممکن است در فهرست شما قرار نگیرد، اما به لطف تقاضای بالای ما برای بتن، این موارد نیز در این فهرست قرار گرفته‌اند.

به گزارش ایسنا، دانشمندان دانشگاه رایس نشان داده‌اند که جایگزینی ماسه با گرافن نه تنها می‌تواند باعث صرفه‌جویی در شن و ماسه شود، بلکه بتن را سبک‌تر، محکم‌تر و سخت‌تر می‌کند.

به نقل از نیواطلس، گرافن به رغم اینکه ورقه‌ای از اتم‌های کربن است که فقط به اندازه یک اتم ضخامت دارد، اما به قوی بودن شهرت دارد. به این ترتیب، جای تعجب نیست که این مواد شگفت انگیز پیش از این نیز با بتن مخلوط شده باشند تا آن را قوی‌تر و بادوام‌تر کنند. اما این معمولا فقط شامل اضافه کردن گرافن به بتن است و در این مطالعه جدید، تیم رایس می‌خواست به طور کامل گرافن را جایگزین ماسه کند.

بتن از سه ماده اصلی تشکیل شده است: آب، سنگدانه‌ای مانند ماسه و سیمان که همه این مواد را به هم بچسباند. ماسه بزرگترین جزء از نظر حجم است و با توجه به اشتهای سیری‌ناپذیر بشر مدرن برای بتن، استخراج شن و ماسه در حال افزایش است. این فرآیند نه تنها مخرب است، بلکه خطر تمام شدن منابع را نیز در پی دارد.

این تحقیق در آزمایشگاه جیمز تور شیمیدان دانشگاه رایس انجام شده است. تیم او سالها با استفاده از روشی به نام «گرمایش ژول فلاش»(flash Joule heating)، گرافن تولید کرده‌اند. اساسا، یک ماده پایه غنی از کربن به سرعت با نیروی الکتریسیته به شدت گرم می‌شود و این فرآیند آن را به تکه‌های گرافن تبدیل می‌کند. در این مورد، ماده پایه کُک متالورژیکی بود که منبع سوختی است که از زغال سنگ ایجاد می‌شود.

پل آدوینکولا(Paul Advincula)، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: آزمایش‌های اولیه که در آن کُک متالورژیکی به گرافن تبدیل شد، منجر به تولید ماده‌ای شد که از نظر اندازه شبیه به ماسه بود. ما تصمیم گرفتیم استفاده از گرافن مشتق از کُک متالورژیکی را به عنوان جایگزینی کامل برای شن و ماسه در بتن بررسی کنیم و یافته‌های ما نشان می‌دهد که این گرافن واقعا خوب عمل خواهد کرد.

صرفه‌جویی در شن و ماسه تنها مزیت آن نبود. بتن به دست آمده ۲۵ درصد سبک‌تر از بتن ساخته شده با سنگدانه معمولی بود و ۳۲ درصد افزایش چقرمگی، ۳۳ درصد در حداکثر کُرنش و ۲۱ درصد در مقاومت فشاری مشاهده شد. البته، ۱۱ درصد کاهش نیز در مدول کشسانی آن وجود داشت که معیاری از مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل توسط کشش است.

در حالی که محققان می‌گویند گرافن در حال حاضر بسیار گرانتر از آن است که این روش را از نظر تجاری در مقیاس بالا با دوام کند اما دستکم نشان می‌دهد که جایگزین‌هایی وجود دارد که می‌توان آنها را دنبال کرد.

این پژوهش در مجله ACS Applied Materials منتشر شده است.

انتهای پیام