Разработан новый тип цемента — легче, прочнее и надежнее

Включение наноматериалов в традиционный цемент улучшает водонепроницаемость и устойчивость к повреждениям.

Разработан новый тип цемента — легче, прочнее и надежнее

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.

Разработан новый тип цемента — легче, прочнее и надежнее

Источник: Cambridge University Press.

(a) Цифровое фото-изображение установки оборудования для скретч-тестов. (b) Сканирующие электронные микрофотографии остаточной канавки после испытаний на царапину при прогрессивной нагрузке на холоднокатаной стали. (c, d) Схемы, иллюстрирующие модель механики разрушения для испытаний на царапину с использованием осесимметричного зонда. (c) Вид сбоку. (d) Вид спереди.

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.

Читайте также

Ядро Земли миллиарды лет отдает водород в мантию

Ядро Земли миллиарды лет отдает водород в мантию

Учёные опровергли 60-летнюю теорию о влиянии гравитации на квантовый мир

Учёные опровергли 60-летнюю теорию о влиянии гравитации на квантовый мир

Учёные выяснили, почему люди слышат музыку, которой на самом деле нет

Учёные выяснили, почему люди слышат музыку, которой на самом деле нет

ИИ открыл тайны британского мореплавания

ИИ открыл тайны британского мореплавания

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Microsoft обвинили в превращении рабочего стола Windows 11 в рекламную площадку

Microsoft обвинили в превращении рабочего стола Windows 11 в рекламную площадку

Samsung может отказаться от быстрой памяти в Galaxy S27 Ultra из-за роста цен

Samsung может отказаться от быстрой памяти в Galaxy S27 Ultra из-за роста цен

Unitree представила UniUni — систему, которая позволяет управлять целой группой роботов с помощью ИИ

Unitree представила UniUni — систему, которая позволяет управлять целой группой роботов с помощью ИИ

Япония отправляет аппарат к спутникам Марса: миссия MMX должна раскрыть тайну происхождения Фобоса и Деймоса

Япония отправляет аппарат к спутникам Марса: миссия MMX должна раскрыть тайну происхождения Фобоса и Деймоса