بررسی خواص ژئوپلیمرها برای استفاده به‌عنوان مصالح پایدار

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) :

چکیده

برای توسعه بیشتر مواد سازگار با محیط زیست، شناخت محرک­های محیطی، مواد جدید و همچنین ارزیابی آثار محیطی، مواد مرسوم در ساخت و ساز، لازم است. با توجه به تعاریف توسعه پایدار و مصالح پایدار، باید از مصالحی استفاده کرد که به لحاظ مصرف انرژی کم مصرف و دارای خواصی چون دوام کافی، خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب باشند، در عین حال موجب کاهش آلایندگی محیط زیست شوند. مصالح ژئوپلیمری می­‌تواند پاسخ مناسبی برای این مسئله باشد. ژئوپلیمرها، پلیمرهای معدنی سرامیک مانندی هستند که با ساختارهای چندتراکمی در سه بعد گسترش می‌­یابند. ژئوپلیمرها بر اثر فعال شدن شیمیایی مواد جامد دارای آلومینیم و سیلیس در دمای نسبتاً کم ایجاد می­شوند. در سال­‌های اخیر، ژئوپلیمرها به‌­عنوان نوعی مصالح پایدار، دوست دار محیط زیست و جایگزینی برای سیمان پرتلند مطرح شده‌­اند. برای تولید بتن ژئوپلیمری و استفاده در ساختمان می‌­توان از پسماند­ها یا محصولات جانبی حاصل از صنایع استفاده کرد. در مقاله حاضر، روش سنتز و خواص ژئوپلیمرها برای استفاده در ساخت و ساز به عنوان مصالح پایدار و جایگزین مناسبی برای سیمان پرتلند، به‌­منظور کاهش انتشار آلاینده‌­های محیط زیستی با رویکرد ارزیابی چرخه عمر به‌­طور خلاصه بررسی می‌­شود. یافته‌­ها و نتایج نشان می­‌دهد، بتن‌­های ژئوپلیمری خواص مکانیکی و عملکرد شیمیایی بسیار مطلوب­تری نسبت به بتن‌­های ساخته شده از سیمان پرتلند دارند و مزایای محیط زیستی درخور توجهی نشان می‌­دهند.

نتیجه گیری

با توجه به سند چشم انداز جمهوري اسلامي ايران كه در آن ايران كشوري توسعه­ یافته با جايگاه اول اقتصادي، علمي و فناوري در سطح منطقه با هويت الهام بخش و تعامل سازنده و مؤثر در روابط بين المللی است، لزوم توجه به توسعه پايدار در صنعت ساخت وساز، به ویژه صنعت بتن را بيش از پيش مشخص مي­‌کند. براساس مفاهیم توسعه پایدار برای گسترش بیشتر مواد سازگار با محیط زیست، طراح مواد به دانش محرک­‌های محیط زیستی مواد جدید و همچنین دانش آثار محیط زیستی مواد رایج در ساخت وساز نیاز دارد. بهره‌­وری انرژی و به حداقل رساندن آثار منفی محیط زیستی مصالح در کل چرخه عمر یک ساختمان یا سازه، مهم­ترین هدف مصالح پایدار است. از این رو در کار حاضر، قابلیت بالقوه استفاده از فناوری ژئوپلیمر برای تبدیل مواد خام به مصالح سبز و پایدار با رویکرد ارزیابی چرخه عمر، بررسی شد. ژئوپلیمرها را می‌توان از مواد خام گوناگون یا پسماندها طی فرایندهای مختلف برای دستیابی به‌­ویژگی های متفاوت تولید کرد که آن­ها را برای کاربردهای متنوع مناسب می­‌سازد. ژئوپلیمر نوعی درشت مولکول معدنی با اندازه و ساختار مولکولی مشخص است. ژئوپلیمرهای نوع (سدیم، پتاسیم-پلی(سیلات) و )سدیم و پتاسیم(-پلی)سیلات-سیلوکسو(شامل نانوذرات ابتدایی منحصر به فردی با ابعاد 5 nm تا 15 nm هستند که با نانوحفره ها جدا شده­‌اند. نانوذراتي با اندازه 5 nm تا 20 nm نیز در سیمان ژئوپلیمری برپایه خاکستر سبک یافت می­شود. ژئوپلیمر شدن، نتیجه یک سازوکار شیمیایی بسیار دقیق است که شامل پیوند کووالانسی و ترویج تشکیل و تولید مواد سرامیک مانند است. با این حال، نظم این نانوذرات متنوع تشکیل دهنده ماتریس ژئوپلیمر خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی را کنترل می­کند. اکثر سامانه های ژئوپلیمری برپایه مواد معدنی طبیعی فراوری شده، پسماندها و محصولات فرعی صنعتی هستند تا عوامل اتصال دهنده را فراهم کنند. بنابراین، ژئوپلیمرها می توانند باعث کاهش درخور توجه CO₂ در بخش ساخت وساز شوند و نیز مزایای محیط زیستی درخور توجهی را ارائه کنند. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار مطلوب مصالح ژئوپلیمری، می توان از آن در سازه­‌هایی استفاده کرد که نیاز به دوام و عملکرد شیمیایی زیادی دارند (مانند سازه­‌هایی که تحت حملات سولفاتی یا کلریدی شدید هستند). با توجه به بررسی مطالعات گردآوری شده، برای کاهش بار آلایندگی زیست‌محیطی تولید بتن موارد زیر پیشنهاد می­‌شود:

1. استفاده کردن از سیمان ژئوپلیمری به‌­عنوان جایگزین مناسب سیمان پرتلند در صنعت ساخت وساز؛

2. ترکیب مواد آلومینا سیلیکاتی مختلف برای کاهش مصرف سدیم سیلیکات) به‌­عنوان عامل افزایش گازهای گلخانه ای و تولید (CO₂ ) در طرح اختلاط بتن ژئوپلیمری مانند ترکیب متاکائولن و خاکستر بادی برای افزایش نسبت (SI/AL)

3. از روش سنتز سدیم سیلیکات از پسماند کشاورزی به‌منظور کاهش مصرف انرژی و بار آلایندگی زیست محیطی بتن ژئوپلیمری استفاده شود. با وجود مزایای مصالح ژئوپلیمری نسبت به مصالح رایج برای بهبود فناوری و تقویت پتانسیل سامانه های ژئوپلیمری در کاربردهای تجاری به‌منظور کاهش آثار زیست محیطی، به مطالعات بیشتری نیاز است.

دانلود فایل : بررسی خواص ژئوپلیمرها برای استفاده به‌عنوان مصالح پایدار

Reference

Esparham A. Investigation of properties of geopolymers for use in sustainable materials. Basparesh. 2022 Apr 24(Articles in Press).

ترجمه و ویرایش : هانیه میران موسوی