درزگیر با مهندسی نانو به بتن بادوام تر منجر می شود

سیلر جدید 75 درصد در دفع آب و 44 درصد در کاهش آسیب نمک در مطالعات آزمایشگاهی نسبت به سیلرهای تجاری بهبود یافته است. این کار می تواند راه دیگری برای مقابله با چالش پل ها و روسازی های قدیمی در ایالات متحده ارائه دهد.

Xianming Shi، استاد گروه مهندسی عمران و محیط زیست که این کار را رهبری می کند، گفت: «ما روی یکی از مقصران اصلی که یکپارچگی و دوام بتن را به خطر می اندازد، یعنی رطوبت، تمرکز کردیم. “اگر بتوانید بتن را خشک نگه دارید، اکثریت قریب به اتفاق مشکلات دوام از بین خواهند رفت.” 

شی و دانشجوی فارغ التحصیل ژیپنگ لی اخیراً کار خود را در  مجله مواد در مهندسی عمران منتشر کرده اند و برای ثبت اختراع موقت درخواست داده اند.

بسیاری از زیرساخت های حیاتی کشور، مانند سیستم بزرگراهی ایالات متحده، از دهه 1950 تا 1970 ساخته شد و اکنون به پایان عمری که برای آن طراحی شده است، رسیده است. از اواخر دهه 1990، انجمن مهندسین عمران آمریکا هر چهار سال یکبار گزارشی از زیرساخت های ایالات متحده ارائه می دهد که نشان می دهد به طور مداوم نمرات ضعیف یا ضعیف را نشان می دهد. حدود 8 درصد از حدود 600000 پل در ایالات متحده از نظر ساختاری ناقص هستند و از هر 5 مایل روسازی بزرگراه، یکی در وضعیت نامناسبی قرار دارد. این مشکل در آب و هوای سرد با چرخه های متعدد انجماد و ذوب و افزایش استفاده از نمک های یخ زدا در دهه های اخیر تشدید شده است که می تواند بتن را تخریب کند.

شی گفت: “بتن، حتی اگر مانند سنگ جامد به نظر برسد، وقتی زیر میکروسکوپ به آن نگاه می کنید، اساسا یک اسفنج است.” “این یک ماده کامپوزیتی بسیار متخلخل و غیر همگن است.”

درزگیرهای موضعی به عنوان ابزاری برای محافظت از بتن ظاهر شده اند و بسیاری از ادارات حمل و نقل ایالتی از آنها برای محافظت از عرشه پل ها استفاده می کنند که به نظر می رسد بدترین آسیب را از آسیب نمک می بینند. شی گفت که درزگیرهای موجود در بازار سطحی از حفاظت را ارائه می دهند، اما رطوبت اغلب می تواند راه خود را به داخل بتن باز کند. 

در مطالعه خود، محققان دو نانو ماده، اکسید گرافن و نانورس مونت موریلونیت را به یک سیلر تجاری مبتنی بر سیلیکون اضافه کردند. نانومواد ریزساختار بتن را متراکم کردند و نفوذ آب مایع را دشوارتر کردند. آنها همچنین مانعی در برابر نفوذ بخار آب و سایر گازهایی که تمایل دارند به داخل بتن راه پیدا کنند، تشکیل دادند. این نانو ماده همچنین از بتن در برابر حملات فیزیکی و شیمیایی نمک های یخ زدایی محافظت می کرد. درزگیر نفوذی به گونه ای طراحی شده است که چند کاره باشد، زیرا می تواند به عنوان کمکی برای پخت بتن تازه نیز عمل کند.

شی اضافه کرد که سیلر WSU به جای استفاده از هر حلال آلی مبتنی بر آب است، به این معنی که برای کارگران سازگارتر با محیط زیست و ایمن تر است. 

او گفت: «به طور سنتی، وقتی از یک حلال آلی به آب تغییر می‌دهید، عملکرد سیلر را قربانی می‌کنید. ما نشان دادیم که استفاده از نانومواد این کاهش عملکرد را کاهش می دهد. 

محققان تجزیه و تحلیل اولیه بازار را با سهامداران صنعت انجام داده اند و در حال مطالعه راه هایی برای بهینه سازی بیشتر مهر و موم ها هستند. آنها در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه مهر و موم های مبتنی بر نانومواد ممکن است به محافظت از بتن در برابر آسیب میکروبی یا سایش، سایش و پارگی روزانه که به مواد در مناطق پرتردد آسیب می رساند، کمک کند. آنها قصد دارند در دو سال آینده تظاهراتی را در مقیاس آزمایشی انجام دهند و آزمایشی از زیرساخت های بتنی را در محوطه دانشگاه WSU یا در شهر پولمن اجرا کنند.

 – این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه ایالتی واشنگتن منتشر شد