محقق ایرانی راز استحکام بتن را کشف کرد

روزبه شهسواری و تیم تحقیقاتی او با انجام آزمایش های متعدد راز استحکام بتن را کشف کردند. روزبه شهسواری محقق ایرانی دانشگاه رایس آمریکا در رشته مواد به همراه هم تیمی خود نیگ ژانگ با تحلیل بیش از 600 مدل از ماتریکس داخلی بتن متوجه شدند که ذرات portlandite و حفره ها یا همان فضاهای خالی در استقامت بتن نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند. شهسواری و تیم تحقیقاتی او به دنبال ساخت هیدرات سیمان موسوم به هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) در قلب بتن باقابلیت سازگاری بیشتر نسبت به مولکول ها بودند و متوجه شدند درحالی که بتن ممکن است در مقیاس ماکرو شکننده به نظر برسد اما مکانیزم شکننده انعطاف پذیر آن در مقیاس نانو باعث مقاومت بتن می شود. شهسواری گفت: هیدرات سیلیکات کلسیم به عنوان کوچک ترین بلوک سازنده در بتن محسوب می شود و قصد داریم که به ویژگی بیشتر آن پی ببریم و آن را در راستای اهداف خود کنترل کنیم. با مدل سازی آن می توان به چگونگی تعامل مولکول ها، ساختار آن در مقیاس نانو، ضعف ها و میزان شکنندگی آن پی برد. ازاین رو انجام تحقیقات بر روی هیدرات سیلیکات کلسیم به دلیل مقیاس آن به وسیله آزمایش بسیار سخت است. شهسواری و هم تیمی او به مطالعه بر روی تعامل حفره های تصادفی هوا یا ذرات تصادفی portlandite در هیدرات سیلیکات کلسیم در آزمایشگاه رایس و تأثیر آن بر روی ویژگی های مکانیکی قدرت، سختی و سفتی آن پرداختند و همچنین تأثیر آن را بر روی حفره هایی که در ترک ها گسترش پیدا می کنند، بررسی کردند. علاوه بر هیدرات سیلیکات کلسیم، ذرات portlandite محصول دیگری از هیدراتاسیون سیمان هستند که در مقایسه با هیدرات سیلیکات کلسیم در مقادیر کمتری تولید می شوند. این محقق ایرانی در ادامه گفت: به دلیل اینکه ذرات portlandite دارای ساختار بلوری متنوع و ویژگی های مکانیکی بیشتری نسبت به هیدرات سیلیکات کلسیم است، بودن و توزیع آن می تواند تأثیر بسزایی در ویژگی های مکانیکی هیدرات سیلیکات کلسیم داشته باشد. این گروه تحقیقاتی با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی متوجه شدند که شکاف ها تمایل دارند از رویکرد مقاومت حداقل تبعیت کنند و به مسیر یا نانوحفره ها یا ذرات portlandite وارد می شوند و با آن ها تلاقی پیدا می کنند. حفره ها و ذرات با تغییر دادن شکل هندسی یک ترک، انرژی آن را می گیرند. شهسواری گفت این امر احتمالاً به مقاومت کل بتن کمک می کند. این محقق ایرانی در پایان گفت: نتایج تحقیقات ما برای اولین بار گویای شواهد جدیدی از مکانیزم شکنندگی انعطاف پذیر در هیدرات سیمان است که نشان دهنده آلیاژهایی با ساختار بلوری و فلزات چکش خوار است.