- ملات ژئوپلیمری پسماندپایه با سنگدانه کوراندوم و پسماند سرامیکی پس از ۸۰۰ درجه سلسیوس مقاومت ۳۴٫۷ و ۵۳٫۰ مگاپاسکال را حفظ کرد.
- تولید سیمان پرتلند حدود ۷ تا ۸ درصد از انتشار جهانی دی‌اکسید کربن را تشکیل می‌دهد.
- چسباننده جدید کاملاً از پسماند ساخته می‌شود: آجر سرامیکی از محل تخریب و متاکائولن از پسماند کائولن کارخانه شیشه.
- قرار گرفتن مکرر در دمای بالا ملات را ضعیف نمی‌کند و به گفته پژوهشگر آن را قوی‌تر می‌سازد.
- نبود استاندارد و مقررات روشن، همراه با موانع روانی و اقتصادی، پذیرش ژئوپلیمرها در ساخت‌وساز را کند کرده است.
پژوهشگران دانشگاه فناوری کاوناس (KTU) در لیتوانی راهکاری عملی برای کاربردهای ساختمانی مقاوم در برابر آتش پیشنهاد می‌کنند. به گزارش صما، مطالعه تازه آنان نشان می‌دهد که انتخاب دقیق سنگدانه‌های ریز – به‌ویژه کوراندوم و پسماند سرامیکی – باعث می‌شود ملات‌های ژئوپلیمری پسماندپایه حتی پس از قرار گرفتن در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس، مقاومت فشاری بالای خود را حفظ کنند.
بتن پس از آب، پرمصرف‌ترین ماده جهان است و در زیرساخت‌های مقاوم به اقلیم نقشی بسیار متنوع دارد. اما ماده اصلی آن، سیمان پرتلند، از حرارت دادن سنگ آهک و رس در حدود ۱۴۰۰ درجه سلسیوس تولید می‌شود؛ فرایندی انرژی‌بر که اکنون حدود ۷ تا ۸ درصد از انتشار جهانی دی‌اکسید کربن را به خود اختصاص می‌دهد. شهرنشینی سریع و رشد انتشار مرتبط با سیمان، جست‌وجو برای مصالح ساختمانی پایدارتر و مقاوم‌تر در برابر آتش را ضروری کرده است.
دانوته وایچیوکینیِنه، استاد و پژوهشگر دانشگاه فناوری کاوناس در دانشکده مهندسی عمران و معماری، می‌گوید: «در حالی که تولید سیمان پرتلند به دماهای بالا و منابع طبیعی نیاز دارد، چسباننده‌های ژئوپلیمری در بسیاری از موارد می‌توانند در دماهای پایین‌تر و به‌طور کامل از پسماند تولید شوند.»
چسباننده‌های ژئوپلیمری می‌توانند جایگزینی سبزتر برای ساخت‌وساز باشند. با جایگزینی سیمان پرتلند در مخلوط، می‌توان ملات یا بتن ژئوپلیمری به دست آورد که در ساخت‌وساز جای مصالح سیمانی متعارف را می‌گیرد.
مقاومت بیشتر در برابر آسیب حرارتی نسبت به بتن متعارف
گروه پژوهشی پروفسور وایچیوکینیِنه سال‌هاست چسباننده‌های ژئوپلیمری پسماندپایه را بررسی می‌کند. در مطالعه اخیر، پژوهشگران از پسماند آجر سرامیکی و متاکائولن به‌عنوان پیش‌ماده و پنج سنگدانه ریز متفاوت – ماسه، گرانیت، بازالت، پسماند سرامیکی و کوراندوم – استفاده کردند و به نتایجی غافلگیرکننده رسیدند.
در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس، بهترین مخلوط‌ها مقاومت ۳۴٫۷ و ۵۳٫۰ مگاپاسکال را ثبت کردند و تنها ترک‌های ریز محدودی داشتند. در مقایسه، بتن‌های متعارف سیمان پرتلند در دماهای مشابه معمولاً افت شدید مقاومت و آسیب گسترده را تجربه می‌کنند؛ همین موضوع این ژئوپلیمرهای پسماندپایه را برای سازه‌های در معرض آتش گزینه‌ای بسیار مقاوم‌تر می‌کند.
وایچیوکینیِنه توضیح می‌دهد: «در ساختمان‌ها و واحدهای صنعتی مناطقی وجود دارد که بتن عملاً درست در کنار آتش کار می‌کند – اطراف دودکش‌ها، دیگ‌ها، شومینه‌ها، تونل‌ها یا تجهیزات دمای بالا. در آنجا به موادی نیاز داریم که نه‌تنها نسوزند، بلکه پس از قرار گرفتن در حرارت شدید مقاومت خود را حفظ کنند و ملات‌های ژئوپلیمری دقیقاً برای همین منظور طراحی شده‌اند.»
کاربردهای معمول مصالح ساختمانی مقاوم در برابر آتش شامل پوشش تونل‌ها و زیرساخت‌های زیرزمینی، کف‌ها، پی‌ها و روکش‌های محافظ نزدیک کوره‌ها، دیگ‌ها، دودکش‌ها، زباله‌سوزها یا راکتورهای شیمیایی است؛ این مواد در سامانه‌های حفاظت غیرفعال در برابر آتش به‌عنوان سپر حرارتی به کار می‌روند و یکپارچگی سازه را حفظ می‌کنند.
این مطالعه یکی از نخستین پژوهش‌هایی است که چند سنگدانه ریز متفاوت را در یک سامانه ژئوپلیمری پسماندپایه و زیر شرایط یکسان قرار گرفتن در دمای بالا به‌صورت نظام‌مند مقایسه می‌کند و به‌روشنی نشان می‌دهد سنگدانه‌های کوراندوم و پسماند سرامیکی بهترین حفظ مقاومت را پس از ۸۰۰ درجه سلسیوس دارند.
چسباننده ژئوپلیمری کاملاً ساخته‌شده از پسماند
به گفته این پژوهشگر، ویژگی منحصربه‌فرد این ماده تنها در ترکیب شیمیایی و نسبت‌های آن نیست، بلکه در خواص پویای آن هم است. وایچیوکینیِنه می‌گوید: «ما به بررسی همه ویژگی‌های آن ادامه می‌دهیم و همین حالا می‌بینیم که قرار گرفتن مکرر در دمای بالا ملات ما را ضعیف نمی‌کند – بلکه آن را قوی‌تر می‌سازد.»
او علاوه بر مقاومت و دوام، سازگاری محیط‌زیستی ماده را یکی از مزیت‌های اصلی آن می‌داند. چسباننده ژئوپلیمری جدید کاملاً از پسماند ساخته می‌شود. برای تولید آن، پسماند آجر سرامیکی از محل‌های تخریب جمع‌آوری و آسیاب شد و متاکائولن به‌کاررفته، پسماند کائولن یک کارخانه شیشه در لیتوانی بود.
وایچیوکینیِنه توضیح می‌دهد: «متاکائولن پایه شروع بی‌نقصی بود؛ نیازی به آسیاب کردن یا تفکیک آن نیست، فقط آن را بردار و استفاده کن.» چسباننده ژئوپلیمری برخلاف سیمان پرتلند با قلیا فعال می‌شود و نیازی به دماهای بسیار بالا ندارد. این جنبه دیگری است که آن را با محیط‌زیست سازگارتر می‌کند.
وایچیوکینیِنه که پیشینه‌ای در شیمی دارد، سال‌ها روی موضوع چسباننده‌های ژئوپلیمری پسماندپایه کار کرده است. از جمله پسماندهای استفاده‌شده در پروژه‌های او فسفوژیپس و ساقه نی بوده است. او می‌گوید: «وقتی شرکتی با پرسشی درباره امکان استفاده از پسماندش مراجعه می‌کند، نمی‌توان یک‌باره پاسخ را یافت. گاهی پاسخ پس از دو یا سه سال آزمایش پیوسته به دست می‌آید.»
پذیرش در پروژه‌های واقعی ساخت‌وساز کند است
هرچند گروه‌های پژوهشی بسیاری در اروپا و فراتر از آن روی چسباننده‌های ژئوپلیمری کار می‌کنند، جهان هنوز در پذیرش این مواد در ساخت‌وساز کند است. این پژوهشگر می‌گوید تاکنون فقط از سازه‌های ساخته‌شده در اوکراین اطلاع دارد. او معتقد است یکی از دلایل اصلی استفاده گسترده‌نشدن ژئوپلیمرها در ساخت‌وساز، نبود استانداردها یا مقررات روشن برای آن است.
وایچیوکینیِنه می‌گوید: «همچنین موانع روانی و اقتصادی وجود دارد: صنعت چسباننده کلینکری بازار تثبیت‌شده‌ای دارد و طبیعتاً تمایلی ندارد برای ماده جدیدی جا باز کند که می‌تواند سودش را تهدید کند، در حالی که تولیدکنندگان بتن از کار با ماده ناآشنایی که ممکن است شکست بخورد و آنان را در معرض ریسک حقوقی و مالی قرار دهد، بیمناک‌اند.»
او بر این باور است که علاوه بر این، فشار سیاسی یا مقرراتی کافی برای گذار به چسباننده‌های سازگارتر با محیط‌زیست وجود ندارد؛ بنابراین بدون استانداردها و مشوق‌ها، شرکت‌ها دلیل کمی برای فاصله گرفتن از سیمان سنتی دارند.
پژوهشگران KTU به آزمایش عملکرد ملات ژئوپلیمری مقاوم در برابر آتش در شرایط مختلف ادامه می‌دهند و هدفشان ثبت درخواست ثبت اختراع اروپایی برای این نوآوری است.
