بتن تقویت شده با گرافن | بتنی با مقاومت بالا در برابر فشار و ترک‌خوردگی
بتن تقویت شده با گرافن مقاومت فشاری و خمشی بالایی دارد
بتن تقویت شده با گرافن یکی از انواع جدید بتن است که به دلیل ترکیب شدن با گرافن، در برابر نفوذ آب مقاومت بسیار عالی از خود نشان می‌دهد و در عین حال مقاومت فشاری و استحکام خمشی عالی دارد. همه این موارد دست به دست هم داده‌اند تا این نوع بتن به یکی از بتن‌های برتر برای ساخت‌وساز تبدیل شود. در این مطلب از مجموعه سادات بتن، به طور کامل این نوع بتن را معرفی کرده‌ایم.
گرافن چیست؟
در سال 2004، گرافن برای اولین بار توسط محققان دانشگاه منچستر بریتانیا استخراج و استفاده شد. گرافن کریستالی خالص یک ماده شگفت انگیز با ضخامت یک اتم است. این ماده دو بعدی یک میلیون بار نازکتر از موی انسان می‌باشد و گرما و الکتریسیته را بهتر از مس و حتی طلا انتقال می‌دهد. چگالی آن به حدی است که حتی ریزترین اتم‌های گاز نیز نمی توانند از آن عبور کنند.
تکنسین‌ها بتن را در قالب‌های بزرگ تولید می‌کنند. تولید گرافن در مقیاس بسیار کوچک‌تری اتفاق می‌افتد. روش‌های تولید شامل رسوب شیمیایی بخار، لایه‌برداری شیمیایی و لایه‌برداری فاز مایع می‌شود. البته اشاره به این نکته خالی از لطف نیست که تولید گرافن در مقیاس صنعتی همیشه قابل دوام‌تر می‌شود.
از آنجایی که گرافن 200 برابر قوی‌تر از فولاد است، محققان به سرعت حدس زدند که این ماده می‌تواند بتن را بسیار قوی‌تر و انعطاف پذیرتر کند. آنها با اشکال مختلف گرافن آزمایش کردند. نانوپلاکت‌های گرافن (GNPs)، گرافن سورفکتانت (FG) و اکسید گرافن (GO) نمونه‌هایی از این نوع آزمایشات هستند. یکی از راه‌های تولید بتن گرافنی استفاده از فرایندی است که به عنوان لایه‌برداری با برش بالا شناخته می‌شود. این به تکنسین‌ها اجازه می‌دهد تا آب مخلوط با گرافن را به بتن تزریق کنند. محققان دانشگاه اکستر بریتانیا نیز راهی برای معلق کردن دانه‌های گرافن در آب ابداع کردند. آنها یک فرایند مقیاس‌پذیر را می‌بینند که با الزامات تولید مدرن و در مقیاس بزرگ سازگار است.
چرا از گرافن در بتن استفاده می‌شود؟
گرافن به عنوان یک ماده جدید در ساخت و ساز شناخته می‌شود و هنوز رایج نیست. با این حال، این ماده پتانسیل واقعی را به عنوان یک افزودنی بتن نشان می‌دهد. بتن ساخته شده با سیمان پرتلند معمولی استحکام فشاری را با هزینه اندک ارائه می‌دهد. این کیفیت کار، آن را به یکی از محبوب‌ترین مصالح ساختمانی در جهان تبدیل می‌کند. با این حال، این بتن استحکام کششی کمی دارد و در بسیاری از مواقع باید با کمک روش‌های موجود آن را از این نظر تقویت کرد.
راه‌های متعددی برای مقابله با چالش ماهیت شکننده بتن وجود دارد. بتن گرافنی به طور هم‌زمان مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و مقاومت کششی تقسیم را بهبود می‌بخشد. در حالی که بتن ارتجاعی‌تر کمتر ترک می‌خورد و بهتر در مقابل تنش مقاومت می‌کند. اما بتن مقاوم در برابر ترک بیشتر دوام بیشتری دارد و شرایط نگهداری آسان‌تری دارد.
استحکام خمشی بتن تقویت شده با گرافن
در سال 2019، محققان یافته‌های یک مطالعه بتن گرافنی را منتشر کردند. آنها به بررسی افزودن نانوصفحات اکسید گرافن به مخلوط آب در غلظت‌های 0.02 تا 0.08 درصد پرداختند. در 28 روز، استحکام خمشی در این محدوده از 2.7 به 15.6 درصد افزایش یافت که آمار جالب و چشم‌گیری است.
مقاومت فشاری بتن تقویت شده با گرافن چقدر است؟
تیم دانشگاه اکستر مقاومت فشاری فرمول تقویت شده با گرافن را محاسبه کرد. آنها متوجه شدند که مقاومت فشاری آن 146 درصد بیشتر از بتن استاندارد است. در این حال، این بتن قوی‌تر امکان طراحی با وزن کمتر را نیز فراهم می‌کند. استحکام اضافه شده به این بتن به مهندسان معماری اجازه می‌دهد تا راحت‌تر از همیشه سازه‌ای را بسازند و از نظر استحکام و وزن بالا نگرانی نداشته باشند.
مقاومت بتن تقویت شده با گرافن در برابر آب
دوام بتن به ظرفیت سیال برای نفوذ به ریزساختار آن بستگی دارد. بتن گرافنی تا چهار برابر کمتر از بتن معمولی نفوذپذیری دارد. نفوذپذیری کم میزان آب در معرض خطر را کاهش می‌دهد. به طور معمول، رطوبت از طریق شکاف‌ها و منافذ مویرگی نفوذ می‌کند. بتن تقویت شده با گرافن نیز واکنش قلیایی سیلیس (ASR) را به حداقل می‌رساند که تورم ناشی از نفوذ رطوبت است. این تورم منجر به ترک خوردگی و سایر مسائل ساختاری می‌شود. به همین خاطر، در صورت استفاده از بتن تقویت شده با گرافن هیچ نگرانی از این بابت نخواهید داشت.
سازگاری بتن تقویت شده با گرافن با محیط زیست
بتن تقویت شده با گرافن از سیمان بسیار کمتری برای ایجاد مقاومت مورد نظر استفاده می‌کند. در نتیجه، بر اساس یک برآورد، ممکن است انتشار CO2 را کاهش دهد. همچنین می‌توان گرافن را از منابع پایدار تهیه کرد. به عنوان مثال، محققان دانشگاه رایس گرافن را از زباله ساختند.
کاربردهای رایج بتن تقویت شده با گرافن
بتن تقویت شده با گرافن با توجه به ویژگی‌هایی که دارد، می‌تواند در انواع زمین‌ها و مسیرها استفاده شود. اگر شما نیز قصد استفاده از این نوع بتن را دارید، توصیه می‌کنیم ابتدا با برخی از کاربردهای رایج استفاده از آن آشنا باشید.
در ادامه لیستی از کاربردهای بتن تقویت شده با گرافن وجود دارد:
- استفاده در محیط‌های با شرایط خاص ساخت
- استفاده در محیط‌های در معرض رطوبت
- استفاده برای ایجاد گرمایش در کف و دیوار
- استفاده در باند فرودگاه به دلیل رسانایی مناسب
بتن تقویت شده با گرافن؛ کاربردی و مستحکم
بتن تقویت شده با گرافن نوعی ترکیب بتن جدید و کاربردی است که می‌توانید برای ساخت و ساز در شرایط مختلف از آن استفاده کنید. اگر به دنبال خرید بتن با کیفیت مناسب و قیمت رقابتی هستید، ما در مجموعه سادات بتن آماده ارائه خدمات به شما هستیم. برای بررسی قیمت و خرید بتن آماده از مجموعه ما کافی است از طریق یکی از مسیرهای ارتباطی بخش تماس با ما اقدام کنید یا از طریق منوی سایت وارد بخش خرید بتن آماده شوید.
سوالات متداول
آیا می‌توان از بتن تقویت شده با گرافن در سازه‌های معمولی استفاده کرد؟
بله. اما ممکن است هزینه ساخت سازه مقداری بالا برود.
آیا بتن تقویت شده با گرافن برای کاهش وزن سازه مناسب است؟
بله. این بتن وزن بسیار کمتری نسبت به بتن معمولی و مجموع آن با مواد دیگر برای افزایش مقاومت دارد.
هزینه استفاده از بتن تقویت شده با گرافن چقدر است؟
هزینه استفاده از این نوع مقداری بیشتر از بتن‌های معمولی است.