นักวิจัยเปลี่ยนเศษขยะอุตสาหกรรมและอิฐรื้อถอนให้กลายเป็น “ปูนมอร์ต้าร์จีโอพอลิเมอร์” ที่ทนความร้อนสูงถึง 800 องศาเซลเซียส โดยไม่แตกร้าวและยิ่งคงความแข็งแกร่งมากขึ้นเมื่อโดนความร้อน
นักวิจัยประสบความสำเร็จในการคิดค้น “ปูนมอร์ต้าร์ทนไฟ” จากขยะอุตสาหกรรม ที่นำเศษวัสดุเหลือทิ้งมารีไซเคิล 100% ทดแทนการใช้ปูนซีเมนต์แบบเดิม จุดเด่นระดับนวัตกรรมคือความสามารถในการทนความร้อนได้สูงถึง 800 องศาเซลเซียส โดยโครงสร้างพันธะเคมีจะไม่แตกร้าว แต่กลับยิ่งคงความแข็งแกร่งได้ดีเมื่อผ่านอุณหภูมิสูง นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่ช่วยยกระดับความปลอดภัยขั้นสุดให้กับอุโมงค์และอาคารเสี่ยงภัยไฟไหม้ แต่ยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในการช่วยลดการการปล่อยก๊าซคาร์บอน
เมื่อขยะก่อสร้างเปลี่ยนเป็นเกราะกันความร้อน
ในอุตสาหกรรมก่อสร้างยุคปัจจุบัน "คอนกรีตซีเมนต์" คือวัสดุหลักที่ถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่กลับมีจุดอ่อนสำคัญเมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้ เนื่องจากน้ำที่ติดอยู่ในโครงสร้างซีเมนต์จะขยายตัวเป็นไอระเหยดันให้เนื้อคอนกรีตเกิดการกะเทาะหลุดร่อน (Spalling) และแตกร้าวอย่างรุนแรง ส่งผลให้โครงสร้างหลักของอาคารพังทลายลงมาได้ง่าย
เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยจึงได้คิดค้นวัสดุประสานประเภท "จีโอพอลิเมอร์" (Geopolymer) ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่ไม่พึ่งพาปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์แบบดั้งเดิมแม้แต่น้อย แต่ใช้การนำขยะในกระบวนการผลิตอุตสาหกรรม เช่น เศษแก้ว บล็อกคอนกรีตเหลือทิ้ง และกากอิฐดินเผาจากการรื้อถอนอาคาร มาผ่านกระบวนการบดละเอียดและทำปฏิกิริยาเคมีกับสารละลายอัลคาไลน์ จนได้ปูนมอร์ต้าร์เนื้อละเอียดที่มีความเหนียวและทนทานสูง
การทำงานของ “ปูนมอร์ต้าร์ทนไฟ”
งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ จาก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคานาส (Kaunas University of Technology) ประเทศลิทัวเนีย โดยทีมวิจัยนำโดย ดร. Danutė Vaičiukynienė ได้ศึกษาการนำขยะวัสดุก่อสร้างในท้องถิ่นมาแปรรูปเป็นวัสดุทนไฟ
Danutė Vaičiukynienė หัวหน้าทีมวิจัย ปูนมอร์ต้าร์ทนไฟ
เบื้องหลังแนวคิดนี้เกิดจากการที่อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ดั้งเดิมปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงถึงราว 7-8% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก ทีมวิจัยจึงตั้งเป้าหมายที่จะสร้างวัสดุก่อสร้างชนิดใหม่ที่ไม่เพียงแต่ช่วยลดปริมาณขยะในหลุมฝังกลบ แต่ต้องกระตุ้นให้เกิดกระบวนการรีไซเคิลแบบหมุนเวียน 100% โดยไม่ต้องใช้พลังงานความร้อนสูงในการเผาวัตถุดิบเหมือนการผลิตซีเมนต์ทั่วไป
กลไกความแกร่ง 800°C ยิ่งเจอความร้อน ยิ่งแข็งแกร่ง
จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการเมื่อนำปูนมอร์ต้าร์จีโอพอลิเมอร์ชนิดนี้ไปผ่านความร้อนสูงถึง 800 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับใจกลางของเหตุเพลิงไหม้ในอาคารหรืออุโมงค์ ผลลัพธ์กลับพบว่าเนื้อวัสดุไม่มีการแตกร้าวหรือกะเทาะออกเหมือนคอนกรีตทั่วไป
ตัวอย่างการทดลองวัสดุ ปูนทนไฟ
เหตุผลทางวิทยาศาสตร์เนื่องมาจากโครงสร้างพันธะเคมีแบบจีโอพอลิเมอร์มีช่องว่างขนาดเล็กระดับนาโนที่ยินยอมให้ไอน้ำและระเหยออกไปได้โดยไม่สร้างแรงดันภายใน นอกจากนี้ เมื่อผ่านอุณหภูมิสูง สารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตในขยะเซรามิกและแก้วจะเกิดการหลอมประสานระดับโมเลกุลซ้ำอีกครั้ง (Sintering) ทำให้โครงสร้างภายในยิ่งผนึกกำลังแน่นและคงความแข็งแรงเชิงกลไว้ได้มากกว่า 70-80% ของความแข็งแรงเดิม ต่างจากซีเมนต์ปกติที่จะสูญเสียความแข็งแรงไปเกือบทั้งหมด
ยกระดับความปลอดภัยของโครงสร้างเมือง
เทคโนโลยีนี้มีจุดเด่นอย่างมากในการนำไปประยุกต์ใช้งานจริงกับโครงสร้างที่มีความเสี่ยงสูง เช่น การฉาบเคลือบผนังอุโมงค์รถไฟฟ้า ผนังอาคารสูง ปล่องไฟโรงงานอุตสาหกรรม หรือแม้กระทั่งการสร้างห้องเก็บเอกสารและอุปกรณ์สำคัญที่ต้องทนต่อเพลิงไหม้
ในมุมมองของผู้ใช้งานและคนทำงาน วิศวกรจะสามารถออกแบบโครงสร้างที่ปลอดภัยต่อชีวิตมนุษย์ได้มากขึ้น เพราะหากเกิดเหตุเพลิงไหม้ ปูนชนิดนี้จะช่วยหน่วงเวลาไม่ให้โครงสร้างหลักพังทลายลงมาทันที เปิดโอกาสให้ผู้ประสบภัยและเจ้าหน้าที่ดับเพลิงมีเวลาในการกู้ภัยมากขึ้น ขณะเดียวกัน ผู้รับเหมาก่อสร้างก็สามารถลดต้นทุนด้านวัสดุลงได้ เนื่องจากใช้วัสดุหลักที่เป็นขยะรีไซเคิลซึ่งหาได้ง่ายในพื้นที่
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: ktu, techxplore, eurekalert
ที่มาภาพ: ktu
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
