افزایش استحکام لرزه‌ای ساختمان‌ها با نانوبتن سبک‌ ایران‌ساخت

افزایش استحکام لرزه‌ای ساختمان‌ها با نانوبتن سبک‌ ایران‌ساخت

متخصصان یک شرکت دانش‌بنیان موفق به ابداع نانو بتن فوق سبک سازه‌ای شده‌اند که ضمن کاهش سیمان مصرفی در فرایند تولید بتن موجب افزایش مقاومت و استحکام لرزه‌ای سازه‌ها می‌شود.
به نقل از ایسنا، این شرکت دانش‌بنیان با اتکا به نوآوری و تلاش نیروهای انسانی نخبه خود توانسته است نانوبتن فوق سبک سازه‌ای را ابداع کند و به ثبت برساند.

این شرکت طی سال‌های متمادی تجربه تولید نانو بتن در حال حاضر علاوه بر تولید انحصاری بتن سبک سازه‌ای در کشور، با تکیه بر توانمندی واحد تحقیق و توسعه خود، به عنوان یک شرکت پیشرو در حوزه تکنولوژی بتن، انواع بتن‌های خاص مورد نیاز طراحان و پروژه‌ها را با ویژگی‌های سفارشی در زمینه مقاومت، کارآیی، رنگ و کیفیت ظاهری ارائه می‌کند.

سالانه حدود ۸۰ میلیون متر مکعب بتن در کشور تولید می‌شود که بخش عظیمی از آن فاقد کیفیت مطلوب بوده و یا برای رسیدن به مقاومت مورد نظر، به میزانی سیمان در بتن افزوده می‌شود.

به طوری که سرانه مصرف سیمان در کشور به طور میانگین ۱.۵ برابر سرانه مصرف جهانی و حدود پنج برابر سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است و از آن جایی که تولید سیمان به دلیل مصرف بالای سوخت‌های فسیلی و تولید ریزگردها جزء آلاینده‌ترین صنایع در جهان است، منجر به آلودگی بیشتر محیط زیست می‌شود.

در سال‌های اخیر این شرکت دانش‌بنیان تحقیقات گسترده و وسیعی را در حوزه کاربرد نانو در تکنولوژی بتن انجام داده و علاوه بر ایجاد قابلیت ارائه و ارسال انواع بتن‌های تولیدی خود به صورت خشک بسته‌بندی شده به سراسر کشور، با استفاده از این بتن‌های توانمند اقدام به تولید قطعات پیش‌ساخته با کیفیت بسیار بالا کرده است.

حامد صابر، مدیرعامل این مجموعه در توضیح فعالیت‌ها و تولیدات این شرکت به مشارکت‌ سازنده در ارائه راه‌حل‌های کارآمد جهت رفع مشکلات پروژه‌های عمرانی و موارد استفاده از نانو بتن فوق سبک سازه‌ای در آن‌ها اشاره کرد و گفت: بتن فوق سبک سازه‌ای، بتنی با محدوده وزن مخصوص ۱۲۰۰ تا ۱۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب و مقاومتی در محدوده ۲۰ تا ۵۰ مگاپاسکال است که استفاده از آن یکی از راهکارهای مناسب در جهت کاهش بارمرده و نیروهای زلزله وارد بر ساختمان است و باعث افزایش دوام و مقاومت سازه می‌شود.

وی در ادامه در معرفی سایر تولیدات این شرکت به انواع بتن‌های خاص شامل بتن مقاومت بالا، بتن‌های اکسپوز و رنگی، بتن خود تراکم، بتن غلطکی و بتن‌های توانمند اشاره کرد و گفت: این بتن‌های خاص به دو صورت آماده و خشک بسته‌بندی شده است. همچنین در راستای افزایش همزمان کیفیت و سرعت در ساخت و سازهای شهری، این مجموعه با بهره‌گیری از قابلیت‌های خود در زمینه مطالعات و تحقیقات مهندسی با رویکرد پیش‌ساخته‌سازی، نسبت به تولید انواع قطعات بتنی سفارشی جهت نما، فضاهای داخلی و مبلمان شهری با استفاده از بتن‌هایی با کیفیت بالا و مقاوم در برابر شرایط جوی اقدام کرده است.

صابر، همچنین از محصول جدید این مجموعه با عنوان «سقف ون‌دک» با استفاده از نانو بتن فوق سبک سازه‌ای یاد کرد که تحولی جدی در افزایش سرعت و کیفیت اجرای اسکلت بتنی و فولادی ساختمان‌ها محسوب می‌شود.

همچنین تیم مهندسی مجموعه اقدام به تولید خانه‌های پیش ساخته مدولار بتنی کرده که گام مهمی در راستای صنعتی‌سازی ساخت مجموعه‌های آموزشی، خدماتی، تفریحی و مسکونی است.

به نقل از معاونت علمی ریاست جمهوری، صابر در پایان با اشاره به اهمیت همکاری و مشارکت مجموعه‌های بزرگ و مؤثر در حوزه ساخت و ساز، مانند معاونت‌های فنی و عمرانی شهرداری‌ها و شرکت‌های سرمایه‌گذاری مسکن، در ترویج استفاده از تولیدات باکیفیت و بادوام دانش‌بنیان ابراز امیدواری کرد که با همت مجموعه‌های خصوصی و دولتی شاهد افزایش چشمگیر طول عمر سازه‌ها و سطح کیفی ساخت و ساز و نیز کاهش هزینه‌های زیست محیطی در کشور باشیم.

 

مقاومت عجیب آسمان خراش ژاپنی در برابر زلزله

مقاومت عجیب آسمان خراش ژاپنی در برابر زلزله

به نقل از عصر ایران، برج موری جی پی (Mori JP Tower) که توسط پلی کلارک اند پارتنرز (Pelli Clarke & Partners) طراحی شده است، بلندترین آسمان خراش جدید ژاپن محسوب می شود. این آسمان خراش با ارتفاع 325 متر در شهر توکیو قرار دارد و با استفاده از ترکیبی از ویژگی های پایدار کاهش مصرف انرژی مبتنی بر شبکه سراسری را هدف قرار داده است.

همچنین، برج موری جی پی مقاوم در برابر زمین لرزه طراحی شده و در برابر لرزه خیزی ژاپن استقامت بالایی ارائه می کند. این آسمان خراش در منطقه طرح توسعه تپه آزابودای (Azabudai Hill) قرار دارد. این منطقه ای جدید با فضای سبز فراوان و برخی ساختمان های بلند دیگر است.

برج موری جی پی؛ آسمان خراشی به شکل نیلوفر آبی
این برج چشمگیر دارای نمای شیشه ای و فرمی منحصر به فرد است که تصویر یک گل نیلوفر آبی را به ذهن انسان می آورد. برجی موری جی پی دارای یک تاج زیبا از چهار گلبرگ شیشه ای منحنی است که شکل متقارن و الهام گرفته شده از گل نیلوفر آبی را به آن می بخشد.

نمای بیرونی با نوارهای نورپردازی یکپارچه شده هرچه بیشتر جلب توجه می کند. نورپردازی توسط شرکت آمریکایی لوبزرواتوار اینترنشنال (L’Observatoire International) طراحی شده است و در هنگام شب به طرزی جادویی می درخشد.
فضای داخلی ساختمان 64 طبقه برج موری جی پی شامل ترکیبی از فضاهای مسکونی و اداری می شود. شرکت پذیرایی امان (Aman) یازده طبقه بالای برج را در اختیار خواهد گرفت و اقامتگاه های امان (Aman Residences) را شکل خواهد داد.

اگرچه برج موری جی پی بلندترین آسمان خراش ژاپن است، اما بلندترین سازه این کشور نیست. بلندترین سازه ژاپن توکیو اسکای تری (Tokyo Skytree) است که 634 متر ارتفاع دارد. حتی برج توکیو (Tokyo Tower) با 333 متر ارتفاع بلندتر از آسمان خراش موری جی پی است. اما از آنجایی که دو سازه نام برده در اصل برج های پخش برنامه و رصد هستند، نمی توانند در فهرست رده بندی ارتفاع شورای ساختمان های بلند و اقامتگاه های شهری قرار بگیرند.

مقاومت چشمگیر در برابر زمین لرزه
برج موری جی پی ساختمان قابل توجهی است زیرا می تواند به رغم ارتفاع زیاد خود همچنان در برابر زمین لرزه ای به بزرگی ۹ ریشتر نیز مقاومت کند. این به واقع شاهکاری ستودنی است که می تواند جان انسان ها را نجات داده و میزان خسارت و ویرانی را کاهش دهد. لوله های فولادی سازه ای برج با بتن مقاومت بالا پوشیده شده و ساختمان به چندین میراگر (دمپر) برای مقاومت در برابر زمین لرزه مجهز شده است.

قطعات فولادی و بتنی با مقاومت بالا برای تعادل آسمان خراش به کار گرفته شده اند و دستگاه های کنترل لرزش در قسمت های مرکزی قرار گرفته اند، جایی که لرزش در هنگام زمین لرزه می تواند به طور موثر کاهش یابد و در نتیجه مقاومت بالایی در برابر لرزش ایجاد می شود. افزون بر این، دستگاه های کنترل لرزش در مقیاس بزرگ که به عنوان میراگرهای جرم فعال شناخته می شوند، به کاهش تاب خوردن در بالای ساختمان هنگام وزش بادهای شدید کمک می کنند.

آسمانخراش ها هوا را گرم تر می کنند

آسمانخراش ها هوا را گرم تر می کنند

به نقل از آنا، نتایج مطالعه ای در کنفرانس بین‌المللی تغییر اقلیم نشان می دهد، متوسط دمای هوا در مناطقی با ساختمان های بلندمرتبه، نسبت به مناطقی که واحد‌های مسکونی یک طبقه دارند، ۴ تا ۵ درجه گرم تر هستند. این در حالی است که به طور معمول فصل تابستان هوا را ۱ تا ۴ درجه گرم تر می کند.

آسمانخراش ها هوا را گرم تر می کنند. این خلاصه یک پژوهش علمی است. بر اساس نتایج مطالعه ای که در کنفرانس بین‌المللی تغییر اقلیم مشخص شده است، افزایش دمای شهر‌های امروز متاثر از ساختمان های بلند و تراکم ساختمان سازی است. در این تحقیق مشخص شده است، هرچه تراکم ساختمان ها بیشتر شود، درجه حرارت منطقه تا چهار درجه افزایش می یابد. احتمالا خود شما نیز تجربه کرده اید، زمانی که از یک منطقه پر تراکم به خیابانی با خانه های تک طبقه برویم، هوا خنک تر می شود.

مسئله زمانی جدی می شود که تابستان مانند امسال گُر گرفته باشد و نیاز به وسایل سرمایشی بیشتر شود. از دیگرسو، تحقیقات نشان می دهد به ازای هر درجه افزایش دما به طور متوسط ۱۸۰۰ تا ۲۰۰۰ مگاوات مصرف برق نیز افزایش دارد.

به عبارت دیگر، مصرف برق مناطق پر تراکم حدود ۸۰ درصد بیشتر برق مصرف می کنند. این به معنای آن است در شرایط امروزی جهان که مدیریت منابع انرژی به صورت یک اولویت برای حکمرانی درآمده است و منطق مدیریتی به کنترل میزان مصرف انرژی حکم می کند، توسعه شهر‌ها به صورت عمودی نتیجه ای جز تحمیل هزینه های بیشتر به مدیران و شهروندان این شهر‌ها ندارد.

ساختمان بلندتر، هوای شهر گرم تر
امسال در کنفرانس بین‌اللملی تغییر اقلیم نتایج تحقیقی ارائه شد که نشان می دهد، گرم شدن شهر‌ها با افزایش تراکم در شهر ارتباط مستقیم دارد. یعنی هرچه یک شهر بلند و متراکم باشد، هوای آن شهر نیز تا چهار درجه گرم تر می شود. به تبع افزایش دمای هوا و گرما، میزان مصرف برق را در روز‌های گرم بیشتر می کند.

این درحالی است که امسال رکورد افزایش درجه گرمای هوا زده شد و توجه به الگوی مصرف برق بیشتر از سال های قبل اهمیت پیدا کرد. داده های سازمان هواشناسی نشان می دهد، در اواسط تیر ماه میانگین دمای کشور به ۳۰.۵ سلیسیوس رسید که به نسبت میاگین بلندمدت ۱.۵ درجه سلسیوس افزایش داشته است. این افزایش دما در مقایسه با سال گذشته ۰.۵ درجه سلیسیوس افزایش داشته است. این میزان افزایش دما زمانی اهمیت پیدا می کند که بدانیم با هر درجه افزایش دما حدود ۲ هزار مگاوات برق بیشتر مصرف می شود.

جزیره گرمایی شهری یا پخت آهسته مردم
افزایش شدید گرمای هوا همیشه با افرایش تقاضای مصرف برق همراه بوده است. افزایش دما و در نتیجه افزایش مصرف برق زمانی مشکل ساز می شود که در کنار ناترازی برق کشور قرار گیرد. یعنی امروز، زیست‌پذیری شهر‌های مختلف ایران با یک خطر جدی مواجه هستند. به عنوان نمونه، طبق گفته رئیس سازمان هواشناسی، دمای هوای جهانی بعد از انقلاب صنعتی در حدود یک درجه افزایش داشته است. این درحالی است که در مدت ۵۰ سال گذشته، افزایش دما در کشور ۲ برابر شده است.

نمود بحران این مسئله زمانی بیشتر می شود که بدانیم امسال مردم تهران حتی دمایی بیشتر از میانگین کشور را تجربه کردند. به بیان دقیق تر، میانگین دمای هوای این استان از ابتدای سال زراعی جاری تا نیمه تیر ماه، ۱۲.۵ درجه سلسیوس ثبت شده که نسبت به میانگین بلندمدت آن ۱.۶ درجه سلسیوس افزایش داشته است. این افزایش دما نشان می دهد تهران دچار «جزیره گرمایی شهری» شده است. یعنی این شهر به علت بلند مرتبه سازی و داشتن مناطق پرتراکم، در مقایسه با محدوده های کم تراکم افزایش دمای بیشتری دارد.

جزیره گرمایی شهری نشان می دهد، با افزایش ارتفاع سازه ها در شهر، دمای هوا ۴ تا ۵ درجه افزایش پیدا می کند. حتی میزان افزایش دما تنها به یک شهر خلاصه نمی شود و منطقه به منطقه، بسته به میزان ساختمان های بلند و تراکم شهری، تفاوت می کند؛ بنابراین، مناطقی که ساختمان های بلند متراکم دارند به نسبت مناطق کم تراکم شهر تهران، به طور معمول ۴ تا ۵ درجه گرم تر هستند.

معنای این اعداد زمانی بهتر درک می شود که گرمای ۴۰ درجه تابستان، افزایش ۱ تا ۴ درجه ای داشته باشد. از سوی دیگر، هرچه هوا گرم تر شود، مصرف برق به علت استفاده از وسایل سرمایشی بیشتر می شود. در نتیجه با هر درجه افزایش دما به طور متوسط ۱۸۰۰ تا ۲۰۰۰ مگاوات به تقاضای مصرف برق در کشور افزوده می شود. یعنی، افزایش چهار درجه ای دمای ناشی از بلند مرتبه سازی مصرف برق را تا ۸۰۰۰۰ مگاوات افزایش می دهد. به بیان دیگر، این میزان افزایش برق معادل ۸۰ درصد ناترازی فعلی برق کشور است.

رؤیای بلندی که مانند بختک روی مردم افتاد
سعید محمدی کارشناس مسکن درباره مشکلات شهر‌های متراکم و بلندمرتبه سازی در این شهرها، اظهار کرد: افزایش دمای شهر‌ها و مناطق متراکم تنها مشکلات بلندمرتبه سازی نیست. کاهش سرانه های خدماتی مانند پارکینگ، فضای سبز، آلودگی هوا، افزایش ترافیک سنگین و آسیب های اجتماعی و فرهنگی از دیگر مشکلاتی است که بلندمرتبه سازی به همراه دارد.

این کارشناس صنعت مسکن با اشاره به اینکه بررسی ها نشان می دهد، امروز مردمی که در خانه های بلند آپارتمانی زندگی می کنند، بیشتر در معرض بیماری های روان و اعصاب قرار دارند، گفت: همه این مشکلات، دلیل موجهی است که باید الگو‌های ساخت و توسعه شهری کشور به سمت کاهش ارتفاع ساختمان ها تغییر کند. دولت چهاردهم بهتر است به جای افزایش تعداد خانه های عمودی، مسیر ساخت خانه های تک طبقه را هموار کند تا بسیاری از این مشکلات حل شود.

بلندترین برج مسکونی جهان در برزیل ساخته می شود

بلندترین برج مسکونی جهان در برزیل ساخته می شود

با ارتفاعی خیره کننده، برج سنا نه تنها برج های مسکونی برزیل، بلکه تمام دنیا را به چالش می کشد. طراحی این برج، ادای دینی به افسانه سرعت، آیرتون سنا، است.
به نقل از همشهری آنلاین، با اوج ‌گیری “برج سنا“، شهر بالناریو کامبوریو برزیل آماده است تا نام خود را به عنوان یکی از قطب های معماری مدرن جهان ثبت کند. این شهر قرار است با برج سنا، سازه ای به ارتفاع ۵۰۹ متر، تاریخ ساز شود.
پس از تکمیل این پروژه، برج سنا به بلندترین برج برزیل و بلندترین برج مسکونی جهانی تبدیل خواهد شد. شهر ساحلی بالناریو کامبوریو که به خاطر افق چشمگیر ساختمان های بلندش شناخته می شود، مکان ایده آلی برای چنین پروژه بلندپروازنه ای است. این برج هم معماری شهر و هم چشم انداز آسمانخراش های جهانی را بازتعریف می کند.

طراح برج سنا، هنرمند برزیلی لالالی سنا، برادرزاده آیرتون سنا، راننده افسانه ای فرمول یک است. لالالی سنا با الهام از سرعت و قدرت آیرتون سنا، طراحی ‌ای ارائه کرده است که در آن خطوط پویا و مواد شفاف، حس حرکت و انرژی را تداعی می کنند. نوارهای نوری که تا نوک برج امتداد می یابند، شبیه به خط پایان یک مسابقه، به برج هویتی نمادین می بخشند.

پودیوم برج سنا شامل فضایی اختصاص یافته به آیرتون سنا، یکی از محبوب ترین نمادهای ورزشی برزیل می شود. این پودیوم دارای یک پیست مسابقه است که یادآور میراث ماندگار راننده فقید برزیلی هم در موتوراسپرت و هم فرهنگ برزیل است.
با ارتفاعی خیره کننده، برج سنا نه تنها برج های مسکونی برزیل، بلکه تمام دنیا را به چالش می کشد. طراحی این برج، ادای دینی به افسانه سرعت، آیرتون سنا، است.

برج سنا قرار است با همکاری FG Empreendimentos، یک شرکت ساختمانی برجسته، و سنا برند (Senna Brand) ساخته شود. رندرهای این پروژه ساختاری شیک و نوآورانه را با تراس هایی دارای استخر و محوطه سازی سرسبز در قسمت پایه برج به نمایش می گذارد.

برج سنا مجموعه گسترده ای از امکانات را در سطوح مختلف ارائه می دهد. فضاهای عمومی در طبقه همکف شامل فروشگاه ها، رستوران ها و مکان های تفریحی خواهد بود. طبقات بالاتر دارای امکاناتی مانند استخر آب گرم، مرکز سلامتی، زمین تنیس، و باشگاه ورزشی هستند. یک رصدخانه در بالای این برج قرار خواهد داشت که منظره ای پانوراما از شهر و خط ساحلی ارائه می دهد.

با ارتفاع بیش از ۵۰۰ متر، برج سنا شامل ۲۲۸ واحد مسکونی از جمله ۱۸ عمارت، ۲۰۴ آپارتمان، چهار پنت هاوس دوبلکس، و دو پنت هاوس مگا تریبلکس به مساحت ۹۰۳ متر مربع خواهد بود.

امکانات رفاهی در شش طبقه در سراسر ساختمان توزیع خواهد شد و پشت بام ۶۰۰۰ متر مربعی آن نیز دارای فضای اوقات فراغت خواهد بود.

کاهش نفوذ آب و زردشدن سیمان با تکنولوژی نانو

کاهش نفوذ آب و زردشدن سیمان با تکنولوژی نانو

یکی از شرکت‌های مستقر در پارک علم و فناوری کاشان، افزودنی نانویی تولید کرده که استفاده از آن به آبگریز شدن ملات سیمانی و کاهگل کمک می‌کند.
به نقل از ایسنا، به نقل از ستاد نانو، یکی از مهمترین مشکلاتی که در سیمان معمولی وجود دارد، ایجاد شوره، نفوذ آب، زرد شدگی و آلودگی سطحی در گذر زمان است. برای حل این مشکل محققان یکی از شرکت‌ها پودر نانویی را تولید کردند.

این پودر به صورت افزودنی بوده که موجب آبگریز شدن ملات سیمانی و کاهگل می‌شود. این پودر که با بهره گیری از فناوری نانو به تولید رسید، به ملات کاهگل و سیمان اضافه می‌شود و در نهایت موجب آبگریزسازی سازه می‌شود.

با توجه به خاصیت ضد اسیدی، ضد بازی و ضد پرتو فرابنفش این افزودنی، استفاده از آن در محیط‌های باز کاملا میسر است. عدم نفوذ یون‌های خورنده مانند کلر و گوگرد به داخل سازه‌های سیمانی به خصوص در شهرهای ساحلی، جلوگیری از نفوذ آب به نماهای سیمان و کاهگل، عدم ایجاد شوره، جلبک، زرد شدگی و آلودگی سطحی درگذر زمان بر روی ملات‌های سیمان و کاهگل از جمله مزایایی است که این پودر نانویی برای ساختمان به ارمغان می‌آورد.

از این محصول می‌توان در صنعت ساخت و ساز، صنعت گردشگری و بناهای تاریخی، زیباسازی شهر و کارخانه‌های تولید سیمان استفاده کرد.

این محصول به صورت پایلوت در چند شهر پربارش شمالی و شهرهای مرکز کشور اجرا شده است.

سیمان الهام گرفته از استخوان انسان ۵ برابر سخت‌تر و مقاوم‌تر از بتن است

سیمان الهام گرفته از استخوان انسان ۵ برابر سخت‌تر و مقاوم‌تر از بتن است

محققان دانشگاه پرینستون یک خمیر سیمانی ابداع کرده‌اند که ۵.۶ برابر قوی‌تر از سیمان، ملات و سایر مصالح ساختمانی معمولی مبتنی بر سیمان است.
این خمیر دارای ساختاری لوله‌ای است که از ساختار استخوان قشری انسان الهام گرفته شده است که لایه بیرونی استخوان ران را تشکیل می‌دهد.

به گزارش ایسنا، به گفته محققان، خمیر سیمانی ساختار لوله مانند می‌تواند مقاومت در برابر انتشار ترک را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و توانایی تغییر شکل بدون شکست ناگهانی را بهبود بخشد.

این خمیر سیمانی همچنین پتانسیل جایگزینی با مواد پلاستیکی و الیاف مبتنی بر سیمان را دارد.

نیاز به مصالح ساختمانی سخت‌تر

مواد شکننده مبتنی بر سیمان که برای ساخت ساختمان‌ها استفاده می‌شوند باید دارای استحکام و چقرمگی بالایی باشند. استحکام با توانایی یک سازه برای تحمل بار مرتبط است و چقرمگی نشان می‌دهد که آیا می‌تواند به طور موثر با ترک‌ها و آسیب‌ها مقابله کند یا خیر.

ساختمانی که با مصالحی با استحکام ضعیف ساخته شده است، می‌تواند به طور ناگهانی فرو بریزد و آسیب شدیدی به اموال و جان انسان‌ها وارد کند.

شاشانک گوپتا (Shashank Gupta)، محقق ارشد و کاندیدای دکترا در پرینستون، می‌گوید: یکی از چالش‌های مهندسی مواد ساختمانی شکننده این است که آنها به شکلی ناگهانی و فاجعه‌بار فرو می‌ریزند.

به همین دلیل، توسعه مصالح ساختمانی که مقاومت بالایی در برابر ترک از خود نشان می‌دهند بسیار مهم است. در صورت آسیب، چنین موادی باید به جای اینکه منجر به ریزش ناگهانی شوند، بتوانند به طور ایمن ضربه را در سراسر سازه پخش کنند.

علم پشت خمیر سیمان مقاوم در برابر ترک

محققان به دنبال موادی بودند که به طور طبیعی دارای استحکام و چقرمگی بالایی هستند.

آنها با استخوان قشر انسان روبرو شدند که در برابر شکستگی مقاومت می‌کند و قدرت لازم برای تحمل بار بدن را به استخوان ران می‌دهد.

استخوان قشری شامل اجزای لوله‌ای بیضی شکل است که به نام استئون‌ها شناخته می‌شوند و به‌طور ضعیف در یک ماتریکس آلی جاسازی شده‌اند. این ساختار منحصر به فرد از شکست ناگهانی جلوگیری می‌کند و مقاومت کلی در برابر انتشار ترک را افزایش می‌دهد.

محققان با الهام از ساختار لوله‌ای استخوان قشر مغز، یک خمیر سیمانی با لوله‌های استوانه‌ای و بیضوی ایجاد کردند. این ساختارهای لوله‌ای، خواص مقاومت در برابر ترک را بهبود بخشیدند.

به عنوان مثال، هرگاه در سازه‌ای که با خمیر سیمان ساخته شده است، ترک ایجاد شود، توسط لوله‌ها به دام می‌افتد و گسترش آن به بخش‌های دیگر به تأخیر می‌افتد. فرآیند محدود کردن ترک انرژی را جذب می‌کند.

این همان انرژی است که در غیر این صورت باعث رشد سریع‌تر ترک می‌شود. اتلاف انرژی به سیمان زمان بیشتری برای مقاومت در برابر آسیب می‌دهد و از فروپاشی ناگهانی سازه جلوگیری می‌کند. آنچه که این مکانیسم گام به گام را منحصر به فرد می‌کند این است که هر امتداد ترک کنترل می‌شود و از شکست ناگهانی و فاجعه بار جلوگیری می‌شود. به جای شکستن یکباره، این ماده در برابر آسیب‌های تدریجی مقاومت می‌کند.

به طور کلی سیمان با پلاستیک، الیاف و مواد دیگر تقویت می‌شود تا چقرمگی آن افزایش یابد. با این حال، به جای افزودن چیزی اضافی به سیمان، رویکرد فعلی بر استفاده از ساختارهای لوله‌ای و هندسه تمرکز دارد.

رضا معینی، محقق ارشد و استاد مهندسی عمران و محیط زیست در پرینستون، می‌گوید: انتظار می‌رود که وقتی لوله‌های توخالی با هم ترکیب می‌شوند، این ماده در برابر ترک مقاوم‌تر شود.

او افزود: ما آموختیم که با بهره‌گیری از هندسه، اندازه، شکل و جهت لوله، می‌توانیم تعامل ترک و لوله را برای بهبود یک ویژگی ارتقا دهیم.

این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.