اختراع بتن هوشمند توسط یک ایرانی

به گزارش نامه به نقل از فارس،‌ پارسا مهاجری دانشجوی مهندسی عمران دانشگاه بوعلی سینا همدان توانست نانو ماده سیمانی نوین بتنی هوشمند را ابداع کند.

این اختراع با عنوان «بتن هوشمند با فناوری نانو» با شماره 77185 برای نخستین بار در جهان به ثبت رسیده است.

بتنی که قبلاً وجود داشت در سایز میکرو یعنی 400 میکرومتر به بالا بوده اما سایز این ذره‌هایی که سنتز شده 10 تا 50 نانومتر است.

این نانو ماده در بتن ویژگی را ایجاد می‌کند تا بتواند با الگوگیری از سیستم خودترمیمی بدن انسان ترک‌های ایجاد شده را توسط خود و بدون هیچ واسطه‌ای ترمیم کند.

پارسا مهاجری در گفت‌وگوی اختصاصی با خبرنگار فارس در همدان به بیان ویژگی‌ها و چگونگی روند اختراع خود به شرح ذیل پرداخت:

*روند کارها برای رسیدن به این هدف بزرگ چگونه بود؟

مهاجری: برای دستیابی به این هدف، ابتدا به سنتز دو نوع نانو کپسول پلیمری با روکش سیلیکاتی و نانو کپسول‌های باردار با روکش سیلیکاتی چند منظوره پرداخته شد.

سپس این نانو ماده تحت شرایطی خاص در اختلاط بتن قرار گرفته و ضمن ارتقای بسیار زیاد ویژگی‌های مقاومتی و دوامی بتن، به صورت هوشمند در مواقع ایجاد ترک در بتن عملیات خود ترمیمی خود را آغاز می‌کند.

*این ایده چگونه به ذهن شما رسید؟

مهاجری: من دانشجوی عمران دانشگاه بوعلی سینا هستم و در یک کنفرانس نانو شرکت کردم که این ایده در آنجا به ذهنم رسید.

* آیا کسی در این زمینه با شما همکاری داشت؟

مهاجری: این تحقیقات تحت نظر پروفسور امیرعباس رفعتی در آزمایشگاه شیمی ـ فیزیک دانشکده شیمی و به همراهی خانم سحر شیرازی دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی ـ فیزیک انجام شد.

* چه مدت طول کشید که اختراع شما تکمیل شود؟

مهاجری: در این کار که سنتز آن به صورت بهینه انجام می‌شود سه سال به طول انجامید و حدود یک سال نیز طول کشید که به ثبت برسد.

* ویژگی‌های خاص این اختراع چیست؟

مهاجری: با توجه به اینکه روکش این ماده‌ها سیلیس است در وهله نخست به عنوان یک نانوسیلیس عمل می‌کند و ویژگی‌های مقاومتی و دوامی بتن افزایش می‌یابد و از دیگر ویژگی‌های آن نیز فرآیند خودترمیمی است.

* در رابطه با فرآیند خودترمیمی توضیح دهید؟

مهاجری: این نانو ماده یک شبیه‌سازی از سیستم بدن انسان است و همانگونه که استخوان دست انسان بعد از شکسته شدن خود به خود شروع به ترمیم می‌کند، اگر این ماده به بتن اضافه ‌شود زمانی که بتن ترک می‌خورد این ماده که در واقع یک نانو کپسول است و داخل آن ماده ترمیمی وجود دارد شروع به باز شدن می‌کند و ماده خودترمیمی داخل درز ترک‌ها قرار می‌گیرد و بتن خودبه خود ترمیم می‌شود.

* کاربرد این اختراع در چه بخش‌هایی است؟

مهاجری: این اختراع در حال حاضر می‌تواند در سازه‌های نظامی و حساس استفاده شود چرا که بحث دوام در این سازه‌ها مطرح است.

* در حال حاضر در چه مرحله‌ای است؟

مهاجری: در حال حاضر در زمینه ژئوتکنیک زیست‌محیطی فعالیت می‌کنم و با توجه به ویژگی‌های آن که به صورت نانوسیلیس بود و به صورت خودترمیمی عمل می‌کرد، در فاز ژئوتکنیک روی سطح این نانو ماده‌ها بار منفی نیز ایجاد کرده‌ام که برای جذب آلاینده‌های فلز سنگین استفاده می‌شود و برای ژئوتکنیک زیست‌محیطی است.

* علت فعالیت در زمینه ژئوتکنیک زیست‌محیطی چه بود؟

مهاجری: یافتن راه‌حل مناسب اقتصادی برای تأمین محیط زیست سبز پایدار یک نیاز واقعی است.

خاک‌ها و آب‌های سطحی و زیرزمینی به طور پیوسته توسط مؤلفه‌های فلز سنگین آزادشده توسط منابع مختلف همچون فرآیندهای صنعتی و فعالیت‌های استخراج معادن آلوده می‌شوند بنابراین محافظت و ترمیم خاک‌ها و آب‌های آلوده شده با فلزات سنگین یک امر ضروری است.

*چه اقداماتی در این زمینه صورت گرفته است؟

مهاجری: تلاش‌های زیادی در راستای بهبود جذب سطحی و همچنین تولید جاذب‌های جدید با ظرفیت بالا و قیمت مناسب‌تر صورت گرفته است.

بر این اساس در فاز دیگری از بهره‌گیری از این نانو ماده چندمنظوره تحت نظر پروفسور وحیدرضا اوحدی و با همکاری محمد امیری، دانشجوی دکتری مهندسی عمران در آزمایشگاه ژئوتکنیک زیست‌محیطی دانشگاه بوعلی سینا به روندی مناسب برای نگهداری آلاینده‌های فلز سنگین دست یافتیم.

* روند کارها در این زمینه به چه صورتی بود؟

مهاجری: انجام یک سری آزمایش‌های ژئوتکنیک زیست‌محیطی شامل جذب اتمی، پراش اشعه ایکس (XRD)، تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) و TEM، فرایند اندرکنش نانو کپسول‌های فرآوری شده مطالعه شده که نتایج بیانگر آن است که قابلیت نگهداری آلاینده فلز سنگین در نانوکپسول‌های پلیمری با روکش سیلیکاتی بیش از 2.5 برابر جاذب‌های طبیعی است.

*ویژگی‌های خاص نانوکپسول‌ها چیست؟

مهاجری: علاوه بر قابلیت نگهداری بالای نانوکپسول‌های پلیمری، ترمیم مراکز دفن زباله و کاهش میزان نفوذپذیری از قابلیت‌های عمده این نانوکپسول‌ها است به نحوی که هسته پلیمری نانوکپسول‌ها به صورت انفعالی و غیر فعال وارد محیط واکنش شده و به محض وقوع ترک‌ها فعالیت خود را آغاز می‌کند.

مزیت اصلی این طرح زمانی آشکار می‌شود که هسته پلیمری ترک‌های ریز و منافذ مویین را پر کرده و در نهایت سبب تراکم ساختار، کاهش نفوذپذیری، افزایش مقاومت، دوام و عمر مفید مرکز دفن می‌شود.