کشف راز از هم پاشیدگی ساختارهای بتنی

چرا عدم استحکام در بتن را به عنوان خط تحقیقاتی اخیر خود انتخاب کرده‌اید؟

مـا بـررسـی‌هـای طـولانـی مـدتـی درخـصـوص ازهم‌پاشیدگی ساختارهای بتنی داشته‌ایم و به این نتیجه رسیدیم که وارفتگی در ساختار سازه‌های مختلف بتنی نظیر پل‌ها، استادیوم‌های ورزشی و اماکنی که اجتماعات زیادی در آنها صورت می‌گیرد می‌تواند از مهم‌ترین عوامل افزایش تلفات در جریان وقوع زمین‌لرزه و رانش زمین به حساب آید. در بررسی‌های گسترده‌ای که داشته‌ایم متوجه شدیم که مهم‌ترین عاملی که سبب ایجاد فرآیند وارفتگی در ساختارهای بتنی می‌شود، تغییراتی است که در ابعاد نانویی در ساختار بتنی روی می‌دهد.

به نظر می‌رسد که سمت و سوی تحقیقات و یافته‌های شما در جهت کاهش سرعت وارفتگی در ساختارهای بتنی باشد. چرا کاری برای توقف کامل آن انجام نمی‌دهید؟

تجربه و بررسی‌های آزمایشگاهی ثابت کرده‌اند که ساختار بتن همواره دستخوش وارفتگی و ایجاد ترک‌هایی آن هم در گذر زمان می‌شود. در حقیقت این امکان از بعد فنی و تکنیکی وجود ندارد که روند ایجاد وارفتگی در ساختارهای بتنی را متوقف کنیم، اما از گذشته این نظریه مطرح بوده است که با استفاده از فرمول‌های جدید تولید بتن و همچنین روند به کارگیری آن، می‌توان تا حد قابل توجهی روند وارفتگی در آن را کندتر کرد. در نتیجه به طرز قابل توجهی بر طول عمر مفید بناهایی که با استفاده از بتن و سازه‌های بتنی ساخته می‌شوند افزوده می‌شود.

بـراسـاس تـحـقـیقات اخیر شما، علت اصلی وارفتگی در ساختارهای بتنی را چگونه تشریح می‌کنید؟

تحقیقات گذشته نشان داده‌اند که کلسیم سیلیکات هیدرات که مهم‌ترین بخش نانویی در ساختار خمیر سیمان تشکیل‌دهنده بتن را شامل شده و در طبیعت در قالب ذرات بلوری شکل دیده می‌شوند، به مرور زمان دچار تغییراتی در ساختار چینشی خود شده و به دنبال آن مقدمات وارفتگی ساختارهای بتنی را فراهم می‌کنند به طوری که مـا در بـررسـی‌های دقیق آزمایشگاهی متوجه شدیم در برخی قسمت‌ها ساختار بتنی دچار نوعی حال شل و سستی شده و در بخش‌های دیگر، ساختار بتنی بشدت فشرده می‌شود.

آیا راهکاری نیز برای مقابله با این تغییرات پیدا کرده‌اید؟

ما به این نتیجه رسیده‌ایم که می‌توان با استفاده از مواد جانبی، تغییرات به وجود آمده در ابعاد نانویی ساختار بتن را به حداقل رسانده و در نتیجه بر عمر مفید سازه‌های بتنی تا حد زیادی اضافه کنیم. از این رو فکر می‌کنیم با دستکاری نسبی ترکیباتی که در تولید بتن به کار گرفته می‌شود می‌توان به این هدف مهم دست یافت مثلا اضافه کردن ماده پسماندی نظیر بخار سیلیکا به بتن در حال تولید می‌تواند راهکاری مناسب در نظر گرفته شود. این ماده به عنوان پسماند در صنایع فلزی نظیر آلومینیوم‌سازی تولید می‌شود و می‌تواند خطراتی را برای محیط زیست داشته باشد. اگر این بخار را به ساختار بتنی در حال تولید اضافه کنیم، ریز ذراتی تولید می‌شوند که قابلیت بالایی در پر کردن خلا‡های موجود در ساختار بتنی دارند. نتیجه اصلی چنین فرآیندی، ایجاد مانع بر سر فرآیند جابه‌جایی و تغییرات نانوذرات یاد شده خواهد بود و این یعنی افزایش عمر مفید بنای بتنی. البته ما به دنبال آن هستیم تا راه‌های موثرتری نیز برای افزایش ضریب استحکام ساختارهای بتنی پیدا کنیم. در این خصوص به این نتیجه رسیده‌ایم که می‌توان از مواد دیگری نظیر این بخار برای پرکردن منافذ و خلاهای خطرناک ساختارهای بتنی استفاده کرد.

آیا اندازه‌گیری‌های عددی نیز در این زمینه داشته‌اید؟

بله، در جریان چندین مورد آزمایش ساختارهای بتنی به این نتیجه رسیده‌ایم که می‌توان تا نزدیک به 3 درصد روند وارفتگی در ساختارهای بتنی را کندتر کرد. این رقم شاید در نگاه نخست چندان قابل توجه نباشد، اما زمانی که صحبت از سازه‌هایی نظیر مخازن نـگـهداری پسماندهای هسته‌ای می‌شود، بر اهمیت آن افزوده می‌شود. در حال حاضر چنین مخازنی که برای این منظور ساخته می‌شوند حدودا یک قرن عمر مفید دارند، اما اگر با استفاده از ترکیبات بتنی فوق‌العاده غلیظ تولید شوند، می‌توان آنها را تا بیش از یکصد قرن مورد استفاده قرار داد!

چه ارتباطی میان پروژه تحقیقاتی شما و کمک به کاهش گازهای گلخانه‌ای اتمسفر زمین وجود دارد؟

زمانی که سازه‌ای بتنی با استفاده از روش‌های سنتی و نه‌چندان به روز ساخته شود، باید این انتظار را داشت که به جای بنای ساختمانی با طول عمر نزدیک به یکصد سال و حتی بیشتر، سازه‌ای ارائه می‌شود که به زحمت در چند دهه در برابر عواملی نظیر زمین‌لرزه و فرسایش مزمن مقاومت خواهد کرد. این روند موجب می‌شود تا کارخانجات و صنایع تولید سیمان و بتن فعالیت بیشتری برای تولید این محصول داشته و درنتیجه با سرعت بیشتری به تولید و انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کنند. جالب این است که براساس تحقیقات انجام شده حدود 8 درصد از گازهای گلخانه‌ای که در اتمسفر زمین مستقر می‌شود به صنایع مرتبط با تولید بتن باز می‌‌شود.

فکر می‌کنید چه زمانی تحقیقاتی از این دست در صنایع ساختمان‌سازی جنبه کاربردی پیدا کنند؟

این موضوع اهمیت زیادی دارد چون هرگونه پیشرفتی در آن می‌تواند به نجات جان بیشتری از افراد در جریان وقوع زمین‌لرزه‌ها و حوادث مشابه منجر شود. این تحقیقات هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارند، اما از آنجا که به تازگی قوانین جدیدی برای تولید و تهیه ساختارهای بتنی مقاوم‌تر وضع شده است، امیدواریم که به زودی شاهد کاربردی شدن این تحقیقات و یافته‌ها باشیم. از آن گذشته باید به تولید و افزایش حجم گازهای گلخانه‌ای به عنوان بحرانی بزرگ نگاه کنیم و در صورتی که از این تحقیقات استفاده کنیم حجم کمتری از این گازها تولید خواهد شد. در آینده پل‌ها و ساختمان‌های زیادی ساخته خواهند شد که مبنای اصلی آنها استفاده از بتن خواهد بود، پس چه بهتر که در صنعت ساختمان‌سازی، تمرکز بیشتری بر تولید ترکیبات بتنی مقاوم‌تر داشته باشیم.

پروفسور فرانس ژوزف در یک نگاه

این محقق برجسته تقریبا تمام عمر تحقیقاتی خود را روی سـاختارهای بتنی و مواد مرتبط با آن متمرکز کرده است به طوری که طی 2 دهـه مـطـالـعـات مـسـتمر دستاوردهای جالب توجهی در زمـیـنـــه بــتـــن و نـحــوه به‌کارگیری مواد سازنده آن ازجمله سیمان داشته است. وی در سال‌های اخیر و همزمان با توسعه فناوری نانو، نگاه دقیق‌تر و جامع‌تری به ساختارهای بتنی داشته است و امیدوار است که نسل جدیدی از ترکیبات بتنی را در آزمایشگاه خود تولید کند.

مهدی پیرگزی