بتن یک ماده مصنوعی است که معمولاً در ساختمانها، جادهها، پلها و کارخانههای صنعتی استفاده میشود. با این حال، تولید سیمان پرتلند مورد نیاز برای ساخت بتن 5-8٪ از کل انتشار گلخانه ای جهانی است. یک سیمان دوستدار محیط زیست وجود دارد که به نام MOC (سیمان اکسی کلرید منیزیم) شناخته می شود، اما مقاومت ضعیف آن در برابر آب استفاده از آن را محدود کرده است. ما یک MOC مقاوم در برابر آب، یک سیمان "سبز" ساختهایم که میتواند به طور قابل توجهی به کاهش انتشار گازهای گلخانهای در صنعت ساختوساز کمک کند و آن را پایدارتر کند.
یک تن از تولید سیمان معمولی در استرالیا حدود 0.82 تن دی اکسید کربن (CO2) منتشر می کند. از آنجایی که بیشتر CO2 در نتیجه واکنش های شیمیایی تولید سیمان آزاد می شود، انتشار گازهای گلخانه ای به راحتی کاهش نمی یابد. در مقابل، MOC شکل متفاوتی از سیمان است که کربن خنثی است.
MOC چیست؟
MOC دو ماده اصلی دارد، پودر اکسید منیزیم (MgO) و محلول غلیظی از کلرید منیزیم (MgCl2) تولید می شود. آنها محصولات جانبی استخراج منیزیم هستند.
بسیاری از کشورها، از جمله چین و استرالیا، دارای منابع فراوان منیزیت و همچنین آب دریا هستند که MgO را می توان استخراج کرد. به دست می آید MagCL2.
علاوه بر این، MgO میتواند CO2 را از جو جذب کند. کند پایین این باعث می شود MOC یک سیمان واقعا سبز و بدون کربن باشد. در مقایسه با سیمان معمولی، MOC نیز خواص مواد بسیار بهتری دارد.
مقاومت فشاری (توانایی تحمل فشار) مهمترین ویژگی مصالح ساختمانی سیمانی مانند سیمان است. مقاومت فشاری MOC بسیار بالاتر از سیمان معمولی است و این مقاومت چشمگیر را می توان خیلی سریع به دست آورد. برای راه اندازی سریع MOC و افزایش قدرت اولیه بسیار مفید است.
اگرچه MOC مزایای زیادی دارد، اما تاکنون مقاومت ضعیفی در برابر آب داشته است. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب یا رطوبت استحکام آن را کاهش می دهد. این ضعف قابل توجه استفاده از آن را به کاربردهای داخلی مانند کاشی های کف، پانل های تزئینی، تخته های عایق صوتی و حرارتی محدود کرده است.
مقاومت در برابر آب چگونه ایجاد شد؟
تیمی از محققان به رهبری Yixia (Sarah) Zhang، از سال 2017 (زمانی که او در UNSW Canberra بود) برای ایجاد یک MOC مقاوم در برابر آب کار می کنند.
برای بهبود مقاومت در برابر آب، این تیم محصولات جانبی صنعتی مانند خاکستر بادی و دود سیلیس و همچنین افزودنیهای شیمیایی را به MOC اضافه کردند.
خاکستر بادی یک محصول جانبی از صنعت زغال سنگ است – مقدار زیادی از آن در استرالیا وجود دارد. افزودن خاکستر بادی به طور قابل توجهی مقاومت آب MOC را بهبود بخشید. استحکام خمشی (ظرفیت مقاومت در برابر خمش) پس از خیساندن در آب به مدت 28 روز به طور کامل حفظ شد.
برای حفظ بیشتر مقاومت فشاری تحت حمله آب، تیم دود سیلیس اضافه کرد. دود سیلیس محصولات جانبی تولید فلز سیلیکون یا آلیاژهای فروسیلیکون هستند. هنگامی که خاکستر بادی و دود سیلیس با خمیر MOC (15٪ از هر افزودنی) مخلوط شدند، استحکام فشاری کامل به مدت 28 روز در آب حفظ شد.
هم خاکستر بادی و هم دود سیلیس اثرات مشابهی در MOC پر کردن ساختار منافذ و متراکم کردن سیمان دارند. واکنش با ماتریس MOC یک فاز ژل مانند را تشکیل می دهد که به دفع آب کمک می کند. ذرات بسیار ریز، مساحت سطح بزرگ و محتوای سیلیس واکنش پذیر بالا (SiO2) دوده سیلیس، آن را به یک چسب موثر به نام پوزولان تبدیل می کند. این به بتن با استحکام و دوام بالا کمک می کند.
اگرچه MOC که تاکنون ساخته شده است مقاومت بسیار خوبی در برابر آب در دمای اتاق داشت، اما زمانی که در آب بود گرم و مرطوب و به سرعت ضعیف می شود. این تیم سعی کرد با استفاده از افزودنی های شیمیایی غیر آلی و آلی بر این مشکل غلبه کند. افزودن اسید فسفریک و فسفات محلول مقاومت در برابر آب داغ را تا حد زیادی بهبود بخشید.
در طی سه سال، تیم در توسعه MOC به عنوان سیمان سبز پیشرفت کرده است. مقاومت بتن با استفاده از مگا پاسکال (MPa) درجه بندی می شود. MOC به مقاومت فشاری 110 مگاپاسکال و مقاومت خمشی 17 مگاپاسکال دست یافت. این مقدار چندین برابر بیشتر از سیمان معمولی است.
MOC می تواند این استحکام را پس از 28 روز خیساندن در آب در دمای اتاق به طور کامل حفظ کند. حتی در آب گرم (60 درجه سانتیگراد) MOC می تواند تا 90 درصد از مقاومت فشاری و خمشی خود را پس از 28 روز حفظ کند. مقادیر به ترتیب تا 100 مگاپاسکال و 15 مگاپاسکال باقی می مانند – هنوز هم بسیار بیشتر از سیمان معمولی.
آیا MOC جایگزین سیمان معمولی خواهد شد؟
پس آیا MOC میتواند روزی جایگزین سیمان معمولی شود؟ به نظر بسیار امیدوار کننده است. تحقیقات بیشتری برای نشان دادن عملی بودن استفاده از این سیمان سبز با کارایی بالا به عنوان مثال در بتن مورد نیاز است.
زمانی که بتن جزء اصلی سازه است، باید از آرماتور فولادی استفاده شود. خوردگی فولاد یک مسئله مهم در MOC و یک مانع بزرگ برای پرش است. تیم های تحقیقاتی قبلاً کار روی این موضوع را آغاز کرده اند.
اگر بتوان این مشکل را حل کرد، MOC میتواند یک تغییر بازی برای صنعت ساختوساز باشد.