محققان دانشگاه شهید بهشتی، تهران و پژوهشکده بیوتکنولوژی طی انجام یک پژوهش آزمایشگاهی، موفق شدند با بهره‌گیری نانوسلولز تولید شده از پسماندهای کشاورزی، عملکرد مکانیکی و فیزیکی بتن را بهبود بخشند. نتایج این طرح را می‌توان در صنعت ساختمان‌سازی و همچنین صنایع بسته‌بندی مورد استفاده قرار داد.
توسعه اجتماعی و اقتصادی هر کشور در گرو بهره‌گیری مطلوب از منابع در دسترس آن کشور است. استفاده از مواد پسماند صنایع مختلف می‌تواند هم به لحاظ اقتصادی و هم به لحاظ زیست‌محیطی حائز اهمیت باشد.
الیاف خمیری پسماندهای کشاورزی به‌عنوان یک ماده تقویت‌کننده بتن و به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای الیاف خطرناک آزبست، فایبرگلاس و الیاف چوب کاربردهای عملی بسیاری یافته است.
دکتر فرانک محمدکاظمی، با اشاره به برهمکنش بین زمینه و الیاف تقویت‌کننده بتن به‌عنوان یک پارامتر بسیار مهم در میزان تأثیر الیاف در بهبود عملکرد مکانیکی و فیزیکی بتن، گفت: هدف از این پژوهش بهره‌گیری از انواع نانوسلولز تولید شده و روش بکارگیری آن در جهت بهبود عملکرد فیزیکی و مکانیکی بوده است.
محمد کاظمی در خصوص اهمیت زیست‌محیطی انجام این پژوهش افزود: تولید نانوسلولز به روش بیوتکنولوژی با کمک باکتری و استفاده از آن بعنوان پوشش و تقویت کننده در کامپوزیت ها هدف اصلی این طرح بود. بعلاوه، با توجه به اینکه بخشی از سیمان با پسماند کشاورزی جایگزین می‌شود، فرآورده حاصل دوست دار محیط زیست است و قابلیت تجدید پذیری خواهد داشت.
وی ادامه داد: همچنین با توجه به ممنوعیت استفاده از آزبست به جهت مخاطرات زیست محیطی و سرطان‌زا بودن آن، این محصول می‌تواند جایگزین مناسبی برای مصالح ساختمانی رایج باشد.
سیمان به تنهایی دارای خواص کششی ضعیفی نسبت به خواص فشاری است. ازاین‌رو از یک سری الیاف تقویت‌کننده درون سیمان استفاده می‌شود. عملکرد این الیاف تقویت‌کننده به میزان قابل‌توجهی به فعل‌وانفعال این الیاف با زمینه سیمانی وابسته است. بنابراین فصل مشترک بین الیاف و سیمان نقش تعیین‌کننده‌ای را در خواص مکانیکی بتن ایفا می‌کند. ازاین‌رو در این طرح سعی شده است با افزایش میزان اندرکنش‌های بین الیاف و سیمان به کمک نانوسلولز، خواص مکانیکی و فیزیکی کلی بتن بهینه شود. بالا بودن سطح ویژه این نانوذرات سلولزی اندرکنش‌ها را به میزان زیادی افزایش خواهد داد.
در طرح حاضر از اثر نانوسلولز باکتریایی در سه سطح شاهد، پودر و ژل به‌عنوان تقویت‌کننده کامپوزیت‌های الیاف-سیمان بررسی شده است. خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت‌ها از قبیل مدول گسیختگی، مدول الاستیسیته، چقرمگی شکست و مقاومت چسبندگی داخلی اندازه‌گیری شده است. همچنین آزمون های شیمیایی و میکروسکوپی نیز انجام شده است.
نتایج حاکی از آن است که کامپوزیت‌های تولید شده با الیاف پوشش دهی شده با نانوسلولز و ژل نانوسلولز، مقاومت خمشی و مقاومت چسبندگی داخلی بالاتری داشتند، درحالی‌که کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف پوشش دهی شده چقرمگی شکست بیشتری از خود نشان داده‌اند. پوشش دهی الیاف موجب عملکرد مثبت یون‌های قلیایی در سطح مشترک و بهبود اندرکنش‌ها شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر فرانک محمدکاظمی- عضو هیأت علمی دانشگاه شهید بهشتی، کاظم دوست حسینی- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران و مهرداد آذین- عضو هیأت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی است. نتایج این کار در مجله Construction and Building Materials (جلد 101، سال 2015، صفحات 958 تا 964) به چاپ رسیده است.
منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو