الجريدة
قد تؤدي الشقوق الصغيرة في أسطح الأسمنت إلى مشاكل كبيرة إن لم تُعالج في الحال. لكن الباحثين توصلوا اليوم إلى طلاء واقٍ يلتئم ذاتيًّا بتفاعله مع أشعة الشمس. وقد صُممت هذه المادة لإصلاح الشقوق في أسطح الأسمنت قبل أن تكبر وتُهدد سلامة البناء.
لا شك في أن البنى الأسمنتية الأكثر متانة، خصوصًا الجسور والممرات، توفر على الحكومات إنفاق مليارات الدولارات سنويًّا لإجراء أعمال التصليح والصيانة. في السنوات الأخيرة، ركّز مجال بحث متنامٍ على تطوير آليات التئام ذاتية لمجموعة من المواد، منها الأسمنت. فنشأت مقاربات عدة إلى الأسمنت الذي يلتئم ذاتيًّا، بما فيها محاولات لتصميم آليات التئام ذاتي داخل الأسمنت بحد ذاته. لكن واضعي تقرير جديد نُشر في ACS Applied Materials and Interfaces يصرون على أن تقنيتهم المثبتة تشكّل المثال الأول لطلاء واقٍ للأسمنت يلتئم ذاتيًّا.
حماية السطح
ركّزت المقاربات السابقة إلى أنظمة الأسمنت التي تلتئم ذاتيًّا على إعادة القوة إلى الأسمنت المتضرر، وفق تشان-مون تشانغ، بروفسور متخصص في كيمياء البوليمر في جامعة يونساي في كوريا الجنوبية أشرف على هذا البحث. لكن فريقه اختار التركيز على حماية السطح، حيث تسمح الشقوق الصغيرة للماء، إيونات الكلوريد من ماء البحر أو الملح الذي يُرشح على الجليد، وثاني أكسيد الكربون باختراق بنية الأسمنت والتسبب بضرر كبير.
يحتوي الطلاء الجديد على كبسولات بوليمر صغرية مملوءة بمحلول يتحوّل إلى مادة صلبة مقاومة للماء عندما يتعرض للضوء. تقوم الفكرة على أن التلف الذي يلحق بالأسمنت المطلي بهذه المادة يؤدي إلى فتح الكبسولات وإطلاق المحلول داخلها، الذي يملأ عندئذٍ الشقوق ويتصلب تحت أشعة الشمس.
طوّر الباحثون خلال السنوات الأخيرة عددًا من أنظمة تلتئم ذاتيًّا وتعتمد على كبسولات صغرية. تتألف هذه بمعظمها من «عامل التئام» يكون من البوليمرات عادة، فضلاً عن مادة محفّزة. تُصَمّم هذه الأنظمة بطريقة يؤدي فيها التلف إلى تفاعل عامل الالتئام (محلول في معظم الحالات) مع المادة المحفزة، ما يؤدي إلى تصلبه. لكن تشانغ يوضح أن لهذه «الأنظمة حدودًا» مثل مدى توافر المادة المحفزة وكلفتها. ولكن بما أن الشمس تشكّل المادة المحفزة في هذه المجموعة الجديدة من مواد الطلاء، لا يحتاج النظام إلى أي مواد محفزة، ما يجعل كلفته متدنية، وفق هذا الباحث. يضيف تشانغ أن البوليمر الذي اختاره فريقه ليكون عامل الالتئام مميز لأنه لا يتجمّد حتى في درجات الحرارة الشديدة الانخفاض، فضلاً عن أنه صديق للبيئة.
لإظهار مدى فاعلية هذه المادة، رشها الباحثون على أسطح عينات من الأسمنت واستخدموا شفرات لإحداث شقوق صغيرة فيها. وقد أكّد المسح بمجهر الإلكترون أن الشفرة جعلت الكبسولات تطلق محتواها، الذي ملأ المنطقة المتضررة. وبعدما عرّض العلماء العينات لأشعة الشمس لبضع ساعات، أظهر المسح أن الأسمنت التأم، في حين أن الضرر في العينات غير المطلية ظل على حاله. في النهاية، برهن الباحثون أن العينات المطلية بهذه المادة الجديدة أقل تأثرًا بالماء وإيونات الكلوريد.
يوضح تشانغ أن مهمة فريقه التالية تشمل تحديد الوضعية الأفضل للطلاء والتأكد من أنه يبقى مستقرًا خلال فترة طويلة من الزمن. ويقول إن فريقه تمكن حتى اليوم من إظهار أن هذه المادة تبقى مستقرة طوال سنة.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق