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Ingenieure Kennzeichnen, Welche Ursachen Konkret Allmählich sich Verformen

Published on June 15, 2009 at 7:58 PM

Bauingenieure MITS haben zum ersten Mal gekennzeichnet, welche Ursachen das sehr häufig verwendete Baumaterial auf allmählich sich zu verformen der Erde - Beton -, seine Haltbarkeit verringernd und die Lebensdauer von Infrastrukturen wie Brücken und Atommüllsicherheitsbehältern verkürzen.

In einem Papier veröffentlichte in den Verfahren der National Academy Of Sciences (PNAS) Frühe Onlineausgabe die Woche Vom 15. Juni, sagen Forscher, dass diese konkrete Ausdehnung (den technischen Ausdruck für die zeitabhängige Deformation, die im Beton auftritt, wenn sie Belastung unterworfen wird), durch die Neuordnung von Partikeln an der Nano-schuppe verursacht wird.

„Schließlich, können wir erklären, wie Ausdehnung auftritt,“ sagten Professor Franz-Josef Ulm, Mitverfasser des PNAS-Papiers. „Wir können Ausdehnung nicht am Vorkommnis verhindern, aber, wenn wir die Kinetik verlangsamen, an der es auftritt, erhöht diese die Haltbarkeit des Betons und dehnt die Lebensdauer der Zellen aus. Unsere Forschung legt den Grundstein für das Überdenken des Betonbaus von einer nanoscopic Perspektive.“

Diese Forschung kommt, zu einer Zeit als die Amerikanische Gesellschaft von Bauingenieuren einen gesamten Grad von D bis US-Infrastruktur zugewiesen hat, von dem viel vom Beton gemacht wird. Sie wahrscheinlich führt zu die konkrete Infrastruktur, die zu eher als zehn Jahrhunderte dauern fähig ist, die enorme Kosteneinsparungen und verringerte konkret-bedingte CO2-Emissionen holen. Ein geschätztes 5 bis 8 Prozent alles menschlich-erzeugten atmosphärischen CO2 weltweit kommt von der konkreten Industrie.

Ulm, der fast zwei Jahrzehnte verbracht hat, die das mechanische Verhalten des Betons und seines Hauptbestandteiles studieren, Zementpaste, hat in den letzten Jahren sich auf seine Nano-zelle konzentriert. Dieses führte zu seine Veröffentlichung eines Papiers im Jahre 2007, das sagte, dass der Grundbaustein der Zementpaste an der Nano-schuppe - Kalzium-Kieselsäureverbindunghydrate oder C-S-H - in der Natur granuliert ist. Das Papier erklärte, dass C-S-H natürlich bei zwei strukturell eindeutig aber chemisch ähnlichen Phasen selbst-zusammenbaut, wenn es mit Wasser, jedes mit einer örtlich festgelegten Speicherdichte nah an einer der zwei höchsten Dichten gemischt wird, die von Natur aus kugelförmige Nachrichten zugelassen werden (64 Prozent für die niedrigere Dichte und 74 Prozent für Hoch).

In der neuen Forschung, die im PNAS-Papier aufgedeckt wird, erklären Ulm und Mitverfasser Matthieu Vandamme, dass konkrete Ausdehnung über kommt, wenn diese Nano---Meter-groß C-S-H Partikel in geänderte Dichten umordnen: irgendein loseres und andere packten fester.

Sie erklären auch, dass ein Drittel, dichtere Phase von C-S-H verursacht werden kann, durch die Zementmischung mit anderen Mineralien wie Silikondämpfen sorgfältig manipulieren, ein Abfall der Aluminiumindustrie. Diese reagierenden Dämpfe bilden zusätzliche Teilchen, die in die Platz zwischen den Nano-körnchen von C-S-H passen, Platz, die früher mit Wasser gefüllt wurden. Dieses hat den Effekt des Erhöhens der Dichte von C-S-H auf bis 87 Prozent, das der Reihe nach groß die Bewegung der C-S-H Körnchen im Laufe der Zeit hindert.

„Es gibt eine Recherche durch die Industrie, zum einer optimalen Methode für das Erstellen solcher Ultra-hochdichte Materialien zu finden, die auf Verpackungserwägungen in begrenzten Platz, eine Methode basieren, die auch Umwelt- dauerhaft ist,“ sagte Ulm. „Der Zusatz von Silikondämpfen ist eine bekannte Methode, die für das Ändern der Dichte des Betons gebräuchlich ist; wir wissen jetzt von der nanoscale Verpackung, warum der Zusatz von Dämpfen die Ausdehnung des Betons verringert. Von einer nanoscale Perspektive existieren andere Mittel jetzt, umso zu erzielen in hohem Grade gepackt, langsam-Kriechen Materialien.“

„Der Einblick, der in das nanostructure gewonnen wird, setzt Beton auf gleiches Fundament mit High-Techen Materialien, deren Mikrostruktur nanoengineered kann, um spezifische Leistungskriterien zu erfüllen: Stärke, Haltbarkeit und ein verringerter Umweltabdruck,“ sagte Vandamme, der einen Doktor von Abteilung MITS von Zivil- und Im Jahre 2008 Umweltausführen erwarb und jetzt auf der Fähigkeit des Ecole DES Ponts ParisTech, Université Paris-Est ist.

In ihrem PNAS-Papier zeigen die Forscher experimentell, dass die Kriechgeschwindigkeit logarithmisch ist, der die Mittelwerte, die Ausdehnung verlangsamen, Haltbarkeit exponential erhöht. Sie zeigen mathematisch, dass Ausdehnung durch eine Rate von 2,6 verlangsamt werden kann. Das würde einen wirklich bemerkenswerten Effekt auf Haltbarkeit haben: ein Sicherheitsbehälter für den Atommüll, der aufgebaut wurde, um 100 Jahre mit heutigem Beton zu dauern, konnte bis 16.000 Jahre dauern, wenn er mit einem Ultra-hochdichte Beton (UHD) gemacht wird.

Ulm betonte, dass UHD-Beton strukturelle Auslegungen ändern könnte, sowie hat enorme Umweltauswirkungen, weil Beton das am breitesten produzierte künstliche Material auf Erde ist: 20 Milliarde Tonnen pro Jahr weltweit mit einer 5-Prozent-Zunahme jährlich. Dauerhafterer Beton bedeutet, dass weniger Baumaterial und weniger häufige Erneuerungen gefordert werden.

„Der Verdünner die Zelle, es zu kriechen das empfindlicher ist, so bis jetzt, sind wir nicht imstande gewesen, umfangreichen Leichtbau aufzubauen, dauerhafte Betonkonstruktionen,“ sagte Ulm. „Mit diesem neuen Verständnis des Betons, könnten wir mit Filigran geschmücktes produzieren: Leuchte, elegante, starke Zellen, die benötigen weit weniger Material.“

Ulm und Vandamme erzielten ihre Forschungsergebnisse unter Verwendung einer Nano-einrückung Einheit, die sie das C-S-H (oder die Terminologie des Tiefbaus verwenden, Belastung anwenden) und Maßnahme in den Protokollausdehnungseigenschaften stoßen und stoßen lässt, die normalerweise in den Jahr-langen Ausdehnungsexperimenten an der makroskopischen Schuppe gemessen werden.

Last Update: 14. January 2012 03:26

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