ژئوپلیمرها نسل جدید از مواد سیمانی هستند. از کاربردهای آن می‌توان به کامپوزیت‌های مقاوم در برابر آتش، بتن‌های زیرساخت، درزگیرها و سرامیک‌ها اشاره کرد. استفاده از ژئوپلیمرها شامل انتخاب خواص و ساختار مواد اولیه و آماده سازی آن می شود.
ژئوپلیمر چیست؟
ژئوپلیمر ها، پلیمرهای معدنی یا آلی، با ساختارهای سه بعدی و خواص مکانیکی و فیزیکی برتر هستند.
این پلیمرها، جایگزین های سازگار با محیط زیست برای سیمان پرتلند هستند. این پلیمرها بسیاری از کاربردها، باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای می شوند.
رشد صنعتی ژئوپلیمرها به چه صورت است؟
با توجه به رشد صنعت، ژئو پلیمرها بخش مهمی از توسعه پایدار در قرن بیست و یکم خواهند بود. صنعت ژئوپلیمر و چالش هایی برای کاربرد این سیمان های جدید مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به مزیت های این ژئو پلیمرها، می توانند جایگزین خوبی برای سیمان پرتلند باشند.
مزایای ژئوپلیمر
- افزایش طول عمر سازه های فرسوده به بیش از 50 سال
- عملکرد فیزیکی بهتر نسبت به بتن سنتی پرتلند
- کاهش قابل توجه انتشار گاز گلخانه‌ای
- مقاومت شیمیایی بالاتر در برابر خوردگی، حمله اسیدی و قلیایی
- مقاومت بالا در برابر دما و آتش
- مناسب در بازارهای مختلف صنعتی، از جمله تولید برق، صنایع شیمیایی و نفت و گاز
مواد و فناوری استفاده شده در ساخت ژئوپلیمرها
ژئو پلیمرها حاصل از متاکائولین، خاکستر و سرباره هستند. ویژگی‌های شیمیایی و ساختاری ژئو پلیمرهای حاصل از آنها برای همه مواد ژئو پلیمری مشترک هستند.
واکنش یک آلومینوسیلیکات جامد با یک هیدروکسید قلیایی بسیار غلیظ یا محلول سیلیکات، یک ماده آلومینوسیلیکات قلیایی مصنوعی تولید می کند که به طور کلی «ژئو پلیمر» نامیده می شود.
آیا خواص و ساختار ژئوپلیمرها متناسب با مواد تشکیل دهنده آن است؟
بسته به انتخاب مواد خام و شرایط پردازش، ژئوپلیمرها می‌توانند خواص و ویژگی‌های مختلفی داشته باشد. این خواص می تواند مقاومت فشاری بالا، انقباض کم، گیرش سریع یا کند، مقاومت اسیدی، مقاومت در برابر آتش و رسانایی حرارتی پایین را از خود نشان دهند.
نشان داده شده است که مواد خام و شرایط فرآوری در تعیین رفتار گیرش، کارایی و خواص شیمیایی و فیزیکی محصولات ژئوپلیمری حیاتی هستند.
این مواد توانایی طراحی متناسب ژئو پلیمرها را برای کاربردهای خاص از نظر الزامات فنی و تجاری فراهم می‌کنند.
تاریخچه اسم ژئوپلیمر چیست؟
در دهه 1950، ویکتور گلوکوفسکی از اتحاد جماهیر شوروی، مواد بتنی را توسعه داد که در ابتدا با نام‌های «بتن‌های سیلیکات خاک» و «سیمان‌های خاک» شناخته می‌شدند. اما از زمان معرفی مفهوم ژئوپلیمر توسط جوزف داویدوویتس، در سال 1991، این اصطلاح شناخته شد.
“سیمان فعال شده با قلیایی، “ژئوسیمان”، “سرامیک با پیوند قلیایی”، عناوین دیگری است که برای اصطلاح ژئو پلیمر استفاده می شود.
علی‌رغم این تنوع نام‌گذاری، همه این اصطلاحات موادی را که با استفاده از یک سیستم پیچیده واکنش‌های انحلال قلیایی و رسوب هستند، توصیف می‌کند.
خواص و کاربردهای ژئوپلیمرها در بسیاری از رشته های علمی و صنعتی
شیمی معدنی مدرن، شیمی فیزیک، شیمی کلوئید، کانی شناسی، زمین شناسی، و در انواع دیگر فناوری های فرآیند مهندسی.
رشته ژئوپلیمرها بخشی از علم، شیمی و فناوری پلیمر است که یکی از حوزه های اصلی علم مواد را تشکیل می دهد.
انواع ژئوپلیمرها
پلیمرها یا بر پایه مواد آلی (پایه کربن )هستند یا بر پایه پلیمرهای معدنی (پایه سیلیکون).
ژئو پلیمرهای آلی
ژئو پلیمرهای طبیعی (لاستیک، سلولز)
ژئوپلیمر های آلی مصنوعی (الیاف نساجی، پلاستیک، الاستومرها و غیره)
پلیمر های زیستی طبیعی (زیست‌شناسی، پزشکی، داروسازی)
ژئو پلیمرهای غیرآلی
ژئوپلیمرها غیرآلی، معمولاً سرامیکی، آلومینیوم سیلیکات هستند که پیوندهای کووالانسی و غیر بلوری (آمورف) را تشکیل می دهند.
ژئو پلیمر های تجاری تولید شده ممکن است برای پوشش و چسب مقاوم در برابر آتش و حرارت، کاربردهای دارویی، سرامیک دمای بالا استفاده بشود. همچنین به عنوان چسب های جدید برای کامپوزیت های الیاف مقاوم در برابر آتش، کپسوله سازی زباله های سمی و رادیواکتیو و سیمان های جدید برای بتن نیز کاربرد دارد.
کاربردهای تجاری استفاده از ژئوپلیمرها
از سال 1979، انواع رزین‌ها، چسباننده‌ها و دوغاب‌ها توسط صنایع شیمیایی در سراسر جهان توسعه یافتند.
در اوایل دهه 2000 از نظر تحقیق و توسعه و کاربردهای تجاری استفاده برای موارد قلیایی و اسیدی مهم ترین کاربرد بود.
تنوع گسترده ای از کاربردها وجود دارد. برخی از کاربردهای ژئوپلیمر هنوز در حال توسعه هستند در حالی که برخی دیگر در حال حاضر صنعتی و تجاری شده اند.
| رزین ها و چسب های ژئوپلیمر | سیمان و بتن ژئوپلیمر |
| صنعت ریخته گری | مهار زباله های رادیواکتیو و سمی |
| رنگ ها، چسب ها و دوغاب ها | بیوتکنولوژی (مواد برای کاربردهای دارویی) |
| سیستم های رزین با تکنولوژی بالا | مصالح ساختمانی با تکنولوژی پایین (آجر سفالی) |
| کامپوزیت‌ها برای تعمیر و تقویت زیرساخت‌ها | ابزارسازی برای ساخت کامپوزیت های الیاف آلی |
| میراث فرهنگی، باستان شناسی و تاریخ علوم | کاشی‌های سرامیکی نسوز و نسوزهای شوک حرارتی |
| مصنوعات سنگی تزئینی، هنر و دکوراسیون | کامپوزیت‌های فیبر کربن با تکنولوژی بالا، مقاوم در برابر آتش و حرارت |
انواع سیمان ژئوپلیمر
تولید سیمان ژئو پلیمری به یک ماده پیش ساز آلومینوسیلیکات (متاکائولین یا خاکستر)، یک معرف قلیایی کاربردی و آب نیاز دارد.
ژئوپلیمرها جایگزینی مناسب برای سیمان پرتلند
تقاضای رو به رشد جهانی برای بتن، فرصتی عالی برای توسعه سیمان‌های ژئوپلیمری ، با میزان بسیار کمتر CO2 است.
در سال 2021،بررسی شد که ملات‌های ژئو پلیمری استحکام فشاری و مقاومت خمشی ایجاد می‌کنند.
این ملات ها برای کاربردهای ساختمانی کافی هستند. همچنین مزایای پایداری را در پتانسیل گرمایش جهانی ارائه می‌دهند. این موضوع نشان می دهد آنها جایگزین های خوبی برای سیمان پرتلند معمولی هستند.
با این حال، تصفیه پسماندهای صنعتی (خاکستر) و استفاده از سیلیکات سدیم، بارهای زیست‌محیطی قابل‌توجهی را در طول تولید قرآیند ایجاد می کند.
