خاک خالص

نویسنده: آندریا شش

نیوزویز – محیط ساخته شده هم پایه ساختاری یک جامعه و هم یکی از بزرگترین آلاینده های آب و هوایی آن است. تولید سیمان به تنهایی حدود هفت درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای جهان را تشکیل می دهد. بنابراین محققان Empa در حال کار بر روی روش‌های مختلفی برای کاهش این انتشارات با استفاده از مواد و فناوری‌های نوآورانه ساختمانی هستند. یکی از این مسیرها برای تمیز کردن ساختمان‌ها خاک رس است: الینا برنارد از آزمایشگاه بتن و آسفالت Empa در دوبندورف و بخش ساخت و ساز پایدار در ETH زوریخ در حال حاضر در حال بررسی پتانسیل خاک رس به عنوان یک مصالح ساختمانی پایدار است. این به این دلیل است که خاک رس باید بطور قابل توجهی CO2 کمتری نسبت به بتن منتشر کند. همچنین در مقادیر تقریباً نامحدود موجود است، می تواند بازیافت شود و به راحتی دوباره پردازش شود – حتی در کنار سایر “هیپسترهای” فرهنگ ساخت و ساز مدرن مانند مواد زائد آلی حاصل از پردازش کنف.

خمیر خاک رس برای مسکن

پتانسیل این جایگزین خاص بسیار زیاد خواهد بود. درست است که خاک رس نمی تواند جایگزین بتن برای تمام اهداف ساختمانی شود. با این حال، علاوه بر تعداد زیادی از سازه های غیر باربر، دیوارهای باربر ساختمان های مسکونی امکان پذیر است. برای مثال، بیش از نیمی از مجوزهای ساختمانی در سوئیس برای ساختمان های مسکونی صادر می شود. زمین به اصطلاح ریخته گری را می توان به صورت پوسته ای، خاک رس فشرده به شکل بلوک های ساختمانی پیش ساخته استفاده کرد. و این آجرهای سفالی خشک شده در هوا نسبت به آجرهای پخته شده خود تعادل انرژی مطلوب تری دارند.

یک محصول معجزه گر واقعی؟ برنارد محقق Empa می گوید: «هنوز نه. اگرچه خاک رس برای حدود 10000 سال مورد استفاده قرار گرفته است، و آن را به یکی از ابتدایی ترین مصالح ساختمانی در تاریخ بشر تبدیل کرده است، خمیر خاک واقعاً در آن گیر نکرده است – هنوز. از یک طرف، ترکیب زمین شناسی مواد طبیعی در سراسر جهان متفاوت است و تولید و استفاده استاندارد را دشوار می کند. دوم، سیمان معمولی در حال حاضر به خاک رس اضافه می شود تا یک مصالح ساختمانی پایدار و بادوام ایجاد کند. با این حال، این افزودن ردپای اکولوژیکی خاک رس را به منطقه قرمز تغییر می دهد. به این ترتیب، الینا برنارد و تیمش می خواهند مواد زمین را مطالعه کنند، استانداردهایی را برای ترکیب و استحکام مکانیکی آن تعیین کنند و در عین حال یک مصالح ساختمانی جایگزین تمیز برای استفاده صنعتی بسازند. برای این پروژه جاه طلبانه، محقق Empa یکی از کمک های مالی SNSF Ambizione را دریافت کرد.

قدرت ملایم منیزیم

چیزی مرموز در مورد تبدیل خمیر گل آلود آب و خاک به محصولی سخت وجود دارد. الینا برنارد برای کشف و در نهایت کنترل این روند، به اصل ماجرا می رود. برخلاف سیمان که توسط پیوندهای شیمیایی به هم متصل می شود، مواد معدنی ریز موجود در خاک رس با خشک شدن در هوا پیوندهای فیزیکی ایجاد می کنند. به این ترتیب نمی توان به پایداری مانند بتن دست یافت. بنابراین محقق به دنبال یک بایندر تثبیت کننده مناسب است. او توسط زمین شناس رافائل کوهن، که در حال حاضر در حال نوشتن پایان نامه خود در مورد افزودنی های خاک رس است، پشتیبانی می شود. یکی از نامزدهای امیدوارکننده اکسید منیزیم است.

اگر به طور پایدار تولید شود، در مقایسه با سیمان حاوی کلسیم که واکنش شیمیایی آن مقادیر زیادی CO2 آزاد می کند، دارای ردپای کربن عالی است. علاوه بر این، اکسید منیزیم زمان خشک شدن را کوتاه می‌کند، با تشکیل نانوبلورها با تشکیل توده‌های مخوف در خاک رس مقابله می‌کند، و در عین حال تنها اندکی با میکرو و نانوساختار مطلوب خاک رس تداخل می‌کند.

در آزمایش‌های اولیه آزمایشگاهی، این تیم در حال حاضر به استحکام فشاری تا 15 مگا پاسکال با خاک رس اکسید منیزیم دست یافته است – چندین برابر بیشتر از خاک رس تصفیه نشده. در مقایسه، خاک رس با سیمان اضافه شده تا 20 مگا پاسکال می رسد و دیواری که در معرض بار نسبتاً محدودی است، مانند یک آپارتمان، باید تا 10 مگا پاسکال را تحمل کند.

الینا برنارد می گوید: «اما این تنها شروع است. از آنجایی که او می‌خواهد پایداری مصالح ساختمانی را به طور کامل ارزیابی کند، آزمایش‌های آزمایشگاهی باید با تجزیه و تحلیل‌های چرخه زندگی نیز همراه باشد که دوام، ساختارشکنی و بازیافت مواد را ثبت می‌کند.

کمک مالی Ambizione از SNSF

پروژه Ellina Bernard “رمزگشایی نقش منیزیم در مواد زمین برای ساخت و ساز پایدار” توسط بنیاد ملی علوم سوئیس (SNSF) با کمک مالی از Ambizione حمایت می شود. این کمک هزینه تحصیلی به محققان جوان برجسته با یک پروژه مستقل اعطا می شود که قبلاً دکترای خود را تکمیل کرده اند.