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Posted in | Nanoindentation

Les Ingénieurs Recensent Quelles Causes Concrètes pour Déformer Graduellement

Published on June 15, 2009 at 7:58 PM

Les ingénieurs civils de MIT ont pour la première fois recensé quelles causes le plus souvent le matériau de construction utilisé sur terre - béton - à déformer graduellement, diminuant sa résistance et diminuant la durée de vie des infrastructures telles que des passerelles et des récipients d'endiguement de rebuts nucléaires.

Dans un papier a publié dans les Démarches de l'Édition Précoce en ligne de l'Académie Nationale des Sciences (PNAS) la semaine du 15 juin, les chercheurs disent que ce fluage concret (le terme technique pour la déformation dépendant du temps qui se produit en béton quand elle est soumise à la charge) est provoqué par le réarrangement des particules à la nano-échelle.

« En Conclusion, nous pouvons expliquer comment le fluage se produit, » avons dit Professeur Franz-Josef Ulm, co-auteur du papier de PNAS. « Nous ne pouvons pas empêcher le fluage de se produire, mais si nous ralentissons les tarifs auxquels il se produit, ceci augmentera la résistance du béton et prolongera la durée de vie des structures. Notre recherche jette les fondements pour repenser le bureau d'études concret d'un point de vue nanoscopic. »

Cette recherche vient à un moment où la Société Américaine des Ingénieurs Civils a attribué une qualité globale de D à infrastructure des États-Unis, beaucoup dont est fait de béton. Elle vraisemblablement mènera à l'infrastructure concrète capable de durer des centaines d'années plutôt que les dix, qui porteront d'énormes économies de coût et émissions de CO2 Béton béton diminuées. Des 5 à 8 pour cent environ de tout le CO2 atmosphérique humain-produit mondial viennent de l'industrie concrète.

Ulm, qui a passé presque deux décennies étudiant le comportement mécanique du béton et de son composant primaire, pâte de la colle, au cours des dernières années s'est concentré sur sa nano-structure. Ceci a mené à sa publication d'un papier en 2007 qui a indiqué que la brique de base de pâte de la colle à la nano-échelle - calcium-silicate-hydrates, ou C-S-H - est granulaire en nature. L'article a expliqué que C-S-H auto-assemble naturellement à deux structurellement distincts mais à phases chimiquement assimilées une fois mélangé avec de l'eau, chacun avec une densité d'intégration fixe de près d'une des deux densités maximum laissées par nature pour les objectifs sphériques (64 pour cent pour le densité plus faible et 74 pour cent pour le haut).

Dans la recherche neuve indiquée dans le papier de PNAS, Ulm et co-auteur Matthieu Vandamme expliquent que le fluage concret vient au sujet de quand ces particules de taille d'une nano de C-S-H permutent dans des densités modifiées : un certain plus desserré et d'autres plus fortement ont bourré.

Ils expliquent également qu'un tiers, une phase plus dense de C-S-H peut être induit en manipulant soigneusement le mélange de la colle avec d'autres minerais tels que des vapeurs de silice, des déchets de l'industrie d'aluminium. Ces vapeurs de réaction forment les plus petites particules supplémentaires qui s'insèrent dans les espaces entre les nano-granules de C-S-H, les espaces qui ont été ancien remplis avec de l'eau. Ceci a l'effet d'augmenter la densité de C-S-H à jusqu'à 87 pour cent, qui gêne consécutivement grand le mouvement des granules de C-S-H au fil du temps.

« Il y a une recherche par l'industrie pour trouver une méthode optimale pour produire de tels matériaux d'ultra-haut-densité basée sur des considérations d'emballage dans les espaces confinés, une méthode qui est également ambiant viable, » a dit Ulm. « L'ajout des vapeurs de silice est une méthode connue en service pour changer la densité du béton ; nous savons maintenant de l'emballage de nanoscale pourquoi l'ajout des vapeurs réduit le fluage du béton. D'un point de vue de nanoscale, les autres moyens existent maintenant pour réaliser tels fortement bourré, matériaux de lent-fluage. »

« L'analyse gagnée dans le nanostructure met le béton sur la constante de bas de page égale avec les matériaux de pointe, dont la microstructure peut nanoengineered pour répondre à des critères de performance particulière : force, résistance et une empreinte de pas environnementale réduite, » a dit Vandamme, qui a gagné un PhD du Service du MIT de Concevoir Civil et Environnemental en 2008 et est maintenant sur la faculté du DES Ponts ParisTech, Paris-Est d'Ecole d'Université.

En leur papier de PNAS, les chercheurs prouvent expérimental que les tarifs du fluage sont logarithmiques, que le moyen ralentissant le fluage augmente la résistance exponentiellement. Ils expliquent mathématiquement que le fluage peut être ralenti par des tarifs de 2,6. Cela exercerait un effet véritablement remarquable sur la résistance : un récipient d'endiguement pour les rebuts nucléaires établis pour durer 100 ans avec le béton d'aujourd'hui a pu durer jusqu'à 16.000 ans si effectué avec un béton (UHD) d'ultra-haut-densité.

Ulm a chargé que le béton d'UHD pourrait modifier des conceptions structurelles, ainsi qu'a d'énormes implications environnementales, parce que le béton est le matériau fabriqué par l'homme le plus largement produit sur terre : 20 milliards de tonnes par an de mondial avec une augmentation de 5 pour cent annuellement. Un béton Plus durable signifie que moins de matériau de construction et de rénovations moins fréquentes seront exigés.

« Le diluant la structure, plus il est de fluer sensible, tellement jusqu'à présent, nous avons ne pu pas établir le poids léger de grande puissance, les structures en béton durables, » a dit Ulm. « Avec cette compréhension neuve de béton, nous pourrions produire en filigrane : la lumière, structures élégantes et intenses qui exigeront loin moins de matériau. »

Ulm et Vandamme ont réalisé leurs découvertes de recherches utilisant un dispositif de nano-indentation, qui leur permet de pousser et pousser le C-S-H (ou pour utiliser la terminologie du génie civil, appliquer la charge) et la mesure doucement dans les propriétés de fluage de minutes qui sont habituellement mesurées dans des expériences d'un an de fluage à l'échelle macroscopique.

Last Update: 17. January 2012 00:45

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