■ بتن تقویت‌شده با پلاستیک تحت تابش اشعه‌ی گاما بخش عمران

بتن، پس از آب، دومین ماده ای است که به طور گسترده ای در این سیاره استفاده می شود. تولید بتن سهمی در حدود ۴/۵ درصد از انتشار گاز دی اکسید کربن ناشی از فعالیت های انسانی را در جهان دارا است. . استفاده مجدد از پلاستیک ها به عنوان افزودنی های بتن و یکی از روش های تقویت بتن می تواند بطری های آب کهنه و بطری های نوشابه را به سمتی مناسب هدایت کند که عمده آنها معمولاً در محل دفن زباله قرار می گیرند. جایگزینی حتی یک بخش کوچک از بتن با این نوع پلاستیک می تواند به کاهش جهانی ردپای کربن در صنعت سیمان کمک کند
به گفته گروه علوم و مهندسی هسته ای دانشگاه MIT مقدار زیادی پلاستیک وجود دارد که هر ساله در محل دفن زباله تخلیه می شوند. این تکنولوژی پلاستیک را از محل دفن زباله خارج و در بتن جای می دهد و همچنین سبب می شود که برای ساخت بتن از سیمان کمتری استفاده شود که خود باعث کاهش تولید دی اکسید کربن می‌شود. این پژوهش به منظور تقویت بتن بخشی از تلاش های اختصاص داده شده برای کسب تجربه های برجسته تحقیقاتی در زمینه نوآوری و جستجوی مواد جدید و بهتر با مواد شیمیایی متفاوت و با مواد افزودنی با پایه شیمیایی مختلف است و یافته های این تکنولوژی عرصه جدیدی را در جستجوی راه حل های زیرساختی پایدار فراهم میکند. قبلاً افرادی تلاش کرده اند پلاستیک را در مخلوط های سیمان وارد کنند، اما پلاستیک، بتن حاصل را تضعیف می کند. با تحقیقات بیشتر مشاهده شد که قرار دادن پلاستیک در معرض تابش اشعه گاما، ساختار بلوری ماده را تغییر می دهد تا پلاستیک قوی تر، سخت تر و سفت تر شود.
ابتدا محققان دانشگاهMIT خرده هایی از پلی اتیلن ترفتالات (مواد پلاستیکی که برای ساختن بطری های آب و بطری های نوشابه استفاده می شود) از یک مرکز بازیافت محلی جمع آوری کرده و سپس نمونه های پلاستیکی مرتب شده را تحت تابش دهنده کبالت ۶۰ که اشعه گاما منتشر میکند قرار دادند. هیچگونه اثر رادیواکتیو باقیمانده ای در اثر این نوع تابش وجود ندارد. اگر چیزی را در یک راکتور قرار دادید و آن را با نوترون پرتودهی کردید، یک ماده رادیواکتیو از راکتور بیرون می آید؛ اما اشعه گاما نوع دیگری از تابش است که در بیشتر موارد هیچ نشانه ای از تابش را از خود نشان نمی دهد. دسته های مختلفی از تکه های پلاستیک را در معرض دوز کم یا زیاد اشعه گاما قرار گرفته و سپس آنها را به پودر تبدیل کرده و هر کدام را با پودر سیمان پرتلند و یکی از دو افزودنی معدنی معمول شامل خاکستر (یک محصول جانبی از احتراق زغال سنگ) و سیلیکا فوم (یک محصول جانبی تولید سیلیکون) مخلوط کردند. هر نمونه حاوی حدود ۱/۵ درصد پلاستیک تابش داده شده بود. پس از این که نمونه ها با آب مخلوط شد، مخلوط ها را در قالب های استوانه ای ریخته و به آنها اجازه داده تا خود را بگیرند، سپس قالب ها را برداشته و سیلندرهای بتنی را مورد آزمایش های فشاری قرار دادند و مقاومت هر نمونه را اندازه گیری کردند و آن را با نمونه های مشابه ساخته شده با پلاستیک معمولی، تحت تابش قرار نگرفته و همچنین نمونه های حاوی هیچگونه پلاستیکی، مقایسه کردند.
آنها دریافتند که به طور کلی، نمونه هایی با پلاستیک معمولی ضعیف تر از نمونه های بدون پلاستیکی بودند. بتن با خاکستر و یا سیلیکا فوم از بتن ساخته شده با فقط سیمان پرتلند مقاوم تر است و حضور پلاستیک تابش داده شده، بتن را حتی بیشتر تقویت می کند و مقاومت آن را تا ۲۰ درصد، به ویژه در نمونه هایی که با پلاستیک تحت تابش دوز بالایی از اشعه گاما بوده اند در مقایسه با نمونه های بتنی ساخته شده فقط با سیمان پرتلند، افزایش می‌دهد. با استفاده از پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی تابشی (BSE) و میکروتوموگرافی اشعه ایکس نمونه ها را تجزیه و تحلیل کردند. تصاویر با وضوح بالا نشان داد که نمونه هایی که حاوی پلاستیک تابش داده شده، به ویژه در دوزهای بالا بودند، دارای ساختارهای بلوری با اتصال مولکولی بیشتر هستند. در این نمونه ها، ساختار بلوری به نظر می رسید که منافذ را درون بتن مسدود می کند و نمونه ها را متراکم تر می کند و بنابراین مقاوم تر می شود. در سطح نانو، این پلاستیک تابش داده شده، بر شکل بلوری بتن تأثیر می گذارد. پلاستیک تابش داده شده دارای حالت های واکنش دهی است و هنگامی که آن را با سیمان پرتلند و خاکستر مخلوط می کند، هر سه با هم یک فرمول جادویی تشکیل می دهند و بتن قوی تر می شود. محققان دریافتند که هر چه دوز تابش بالاتر باشد، مقاومت بتن نیز بالاتر است، بنابراین تحقیقات بیشتری برای طراحی مخلوط و بهینه سازی با تابش دهی برای رسیدن به نتایج مؤثرتر لازم است. در حال حاضر، مشاهده گردیده که جایگزین کردن حدود ۱/۵ درصد از بتن با پلاستیک تابش داده شده می تواند به طور قابل توجهی مقاومت بتن را بهبود بخشد. با وجود اینکه ممکن است این مقدار جایگزینی پلاستیک ناچیز به نظر رسد اما اجرای آن در مقیاس جهانی، حتی با جایگزین کردن این مقدار کم در بتن می تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد. بتن حدود ۴/۵ درصد در تولید و انتشار گاز دی اکسید کربن نقش دارد. اگر ۱/۵ درصد از آن را حذف کنید، درباره کاهش حدود ۰/۰۶۷۵ درصد از انتشار دی اکسید کربن در سطح جهان صحبت می کنیم که این یک حجم عظیمی از گازهای گلخانه ای است.

برگرفته از : csengineermag.com