Силы природы всегда придумывали способ разрушить материалы, которые мы используем для создания инфраструктуры, с тех пор, как мы начали их производить. Лед и снег каждый год превращают главные дороги в руины, фундамент домов трескается и осыпается, несмотря на прочную конструкцию. В дополнение к тоннам отходов, образующихся из битых кусков бетона, каждый метр дорожного покрытия обходится бюджету стран в солидную сумму.
Инженеры, решающие эту проблему с помощью эксперементальных материалов, обычно улучшают свойства материалов за счет увеличения количества углерода, но при этом конечные продукты теряют некоторые механические характеристики. Введя наночастицы в обычный цемент, исследователи Северо-Западного университета создали более продвинутый, прочный и высокофункциональный цемент. Исследование было опубликовано в журнале Philosophical Transactions.
Поскольку цемент является наиболее широко используемым материалом в мире, а на цементную промышленность приходится 8% антропогенных выбросов парниковых газов, профессор гражданской и экологической инженерии Анж-Тереза Аконо обратилась к наноармированному цементу в поисках решения. Аконо, ведущий автор исследования и доцент инженерной школы Маккормика, сказала, что наноматериалы уменьшают углеродный след цементных композитов, но до сих пор мало что было известно о их влиянии на поведение трещин.
Традиционное испытание на разрушение, при котором серия световых лучей попадает на большой блок материала, требует много времени и материалов и редко приводит к открытию новых материалов.
Используя инновационный метод, называемый скретч-тестированием, лаборатория Akono эффективно формировала прогнозы свойств материала за очень короткий промежуток времени. В этом методе проверяется реакция на разрушение путем приложения конического зонда с увеличивающейся вертикальной силой к поверхности микроскопических долот цемента. Аконо, которая разработала новый метод во время своей докторской диссертации. работа, требует меньше материала и ускоряет открытие новых.
Прогнозы, сформированные с помощью скретч-тестов, также позволяют инженерам вносить изменения в материалы, которые улучшают их характеристики в более крупном масштабе. В этой статье графеновые нанопластинки, материал, который быстро набирает популярность в формировании "умных" материалов, были использованы для повышения устойчивости обычного цемента к разрушению. Было также показано, что включение небольшого количества наноматериала улучшает свойства переноса воды, включая структуру пор и сопротивление проникновению воды, при этом сообщалось об относительном снижении на 76% и 78%, соответственно.
Результаты исследования охватывают множество областей, включая строительство зданий, обслуживание дорог, оптимизацию датчиков и генераторов и мониторинг состояния конструкций.
К 2050 году Организация Объединенных Наций прогнозирует, что две трети населения мира будут сосредоточены в городах. Учитывая тенденцию к урбанизации, ожидается, что производство цемента резко возрастет. Внедрение зеленого бетона, в котором используется более легкий и эффективный цемент, снизит его общий углеродный след за счет увеличения сроков технического обслуживания и сокращения отходов.
