Posted in | Nanoindentation

Insinöörit Tunnista Mikä aiheuttaa Betoni vähitellen Deform

Published on June 15, 2009 at 7:58 PM

MIT siviili-insinöörit ovat ensimmäistä kertaa tunnistaa mikä aiheuttaa eniten käytetty rakennusmateriaali maan päällä - betoni - asteittain turmele, vähentämällä sen kestävyyttä ja lyhentää elinikää infrastruktuurien kuten siltoja ja ydinjätteen astioista.

Vuonna julkaistussa artikkelissa Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) verkossa Early Edition viikolla 15. kesäkuuta tutkijat sanovat, että betonin viruminen (tekninen termi ajasta riippuva muodonmuutos, joka tapahtuu betonin kun se altistuu kuorma ) johtuu uudelleenjärjestely hiukkasia nanoluokan.

"Lopuksi voimme selittää miten ryömiä tapahtuu", sanoo professori Franz-Josef Ulm, mukana kirjoittamassa PNAS paperin. "Emme voi estää hiipiä tapahtumasta, mutta jos me hidas nopeus, jolla se tapahtuu, tämä lisää betonin kestävyyttä ja pidentävät rakenteita. Tutkimuksemme luo perustan uudelleenarviointia konkreettisia insinöörin nanoscopic näkökulmasta."

Tämä tutkimus tulee samaan aikaan kun American Society of Civil Engineers on määritetty yhteenlaskettu arvosana D Yhdysvaltain infrastruktuuriin, josta suuri osa on betonia. Se todennäköisesti johtaa konkreettisiin infrastruktuuri pystyy kestävät satoja vuosia sijaan kymmeniä, mikä tuo suunnattomia kustannussäästöjä ja laski konkreettisia CO2-päästöistä. Arviolta 5-8 prosenttia kaikista ihmisen tuottama ilmakehän CO2 maailmanlaajuisesti tulee betoniteollisuuden.

Ulm, joka on viettänyt lähes kaksi vuosikymmentä opiskelu mekaanista toimintaa betonin ja sen pääasiallinen aineosa, sementtipastan, on aiemmin useita vuosia keskittynyt nanorakenteita. Tämä johti hänen julkaiseminen paperia vuonna 2007, että sanoi peruslohko sementtipastan at nanoluokan - kalsium-silikaatti-hydraatit, tai CSH - on rakeinen luonteeltaan. Paperin selitti, että CSH luonnollisesti itse kokoaa kahdella rakenteellisesti erilliseen mutta kemiallisesti samankaltaisia ​​vaiheita, kun sekoittaa veteen, joista jokaisella on kiinteä pakkaustiheys lähellä toinen suurin tiheydet sallii luonnon pallomaisia ​​esineitä (64 prosentin pienempi tiheys ja 74 prosenttia korkean).

Uudessa tutkimuksessa paljastui PNAS paperi, Ulm ja toinen kirjoittaja Matthieu Vandamme selittää, että betonin viruminen syntyy kun nämä nanometrintarkkojen kokoinen CSH hiukkasia järjestää osaksi muuttanut tiheydet: jotkut löysempää ym. tiukemmin pakattu.

Ne selittävät myös, että kolmasosa, tiheämmällä vaihe CSH voi indusoida huolellisesti manipuloimalla sementti sekoittaa muiden mineraalien kuten Silikajauhe, jäte alumiiniteollisuuden aloilla. Nämä reagoivat höyryt muodostavat lisäksi pienempiä hiukkasia, jotka sopivat välit nano-rakeet CSH, tiloja, jotka olivat aiemmin täytetty vedellä. Tämä on lisäävä vaikutus tiheys CSH jopa 87 prosenttia, mikä suuresti vaikeuttaa liikkumista CSH rakeita ajan.

"On Haku teollisuuden löytää optimaalinen tapa luoda tällaisia ​​ultra-high-density perustuvia materiaaleja pakkaus näkökohdat ahtaissa tiloissa, menetelmä on myös ympäristön kannalta kestävä", sanoi Ulm. "Lisäksi Silikajauhe on yksi tunnettu menetelmä käytössä muuttuvassa tiheys betonin, tiedämme nyt nanomittakaavan pakkaus miksi Lisäksi savujen vähentää virumasta betoni. Vuodesta nanomittakaavan näkökulmasta, muita keinoja on nykyään toteuttaa tämä erittäin pakattu, hitaasti hiipivä materiaaleja. "

"Saadun kokemuksen osaksi nanorakenne laittaa betonin tasavertaisesti huipputeknisiä materiaaleja, joiden mikrorakenne voidaan nanotekniikka vastaamaan tietyn tulosperusteisiin: voimaa, kestävyyttä ja vähentää ympäristön jalanjälki", sanoi Vandamme, joka ansaitsi tohtorin MIT: n laitos Siviili-ja ympäristötekniikan osasto vuonna 2008 ja on nyt tiedekunnan Ecole des Ponts ParisTech, Université Paris-Est.

Heidän PNAS paperi, tutkijat osoittavat kokeellisesti, että korko creep on logaritminen, mikä merkitsee hidastuu hiipiä lisää kestävyyttä eksponentiaalisesti. Ne osoittavat, matemaattisesti että hiipiä voidaan hidastaa määrä 2.6. Se olisi todella merkittävä vaikutus kestävyys: suojarakennus alus ydinjätteen rakennettu kestämään 100 vuotta nykypäivän betoni voi kestää jopa 16000 vuotta jos tehty ultra-high-density (UHD) betoni.

Ulm korosti UHD konkreettisia voisi muuttaa rakennesuunnitelmat sekä olla valtavia vaikutuksia ympäristöön, koska betoni on eniten tuotettu ihmisen materiaali maan päällä: 20 miljardia tonnia vuodessa maailmanlaajuisesti 5 prosentin kasvu vuosittain. Kestävämpiä konkreettisia tarkoittaa, että vähemmän rakennusmateriaali ja harvemmin peruskorjauksia tarvitaan.

"Ohuempi rakenne, sitä herkempi se on hiipiä, joten tähän asti olemme voineet rakentaa suuria kevyt ja kestävä betonirakenteita", sanoi Ulm. "Tämän uuden ymmärryksen konkreettisia, voisimme tuottaa Filigree: kevyt, tyylikäs, vahva rakenteita tarvitaan paljon vähemmän materiaalia."

Ulm ja Vandamme saavuttaneet tutkimustulosten avulla nano-sisennys laite, jonka avulla ne voivat säkissä ja tuot CSH (tai käyttää terminologiaa vesirakentamisen, sovelletaan kuorma) ja mitataan minuuteissa hiipiä ominaisuuksia, jotka ovat yleensä mitataan vuoden mittaiseen viruminen kokeissa makroskooppisesti.

Last Update: 3. October 2011 13:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit