Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanoindentation

De Ingenieurs Identificeren Welk Beton van Oorzaken Geleidelijk Aan Te Misvormen

Published on June 15, 2009 at 7:58 PM

De civiels-ingenieur MIT hebben voor het eerst geïdentificeerd welke oorzaken het het vaakst gebruikte bouwmateriaal op aarde - beton - geleidelijk aan te misvormen, verminderend zijn duurzaamheid en verkortend de levensduur van infrastructuren zoals bruggen en de schepen van de kernafvalinsluiting.

In een document dat in de Werkzaamheden van de Nationale Academie de online Vroege Uitgave van van Wetenschappen (PNAS) wordt gepubliceerd de week van 15 Juni, zeggen de onderzoekers dat het concrete kruipen (de technische termijn voor de time-dependent misvorming die in beton voorkomt wanneer het aan lading) wordt onderworpen door de herschikking van deeltjes bij de nano-schaal wordt veroorzaakt.

„Tenslotte, kunnen wij verklaren hoe het kruipen voorkomt,“ zeiden Professor Franz-Josef Ulm, medeauteur van het Pnas- document. „Wij kunnen geen kruipen verhinderen te gebeuren, maar als wij het tarief vertragen waaraan het voorkomt, zal dit de duurzaamheid van het beton verhogen en zal het leven van de structuren verlengen. Ons onderzoek legt de fundamenten voor het heroverwegen van concrete techniek vanuit een nanoscopic perspectief.“

Dit onderzoek komt op een tijdstip waarop de Amerikaanse Maatschappij van Civiels-ingenieur een gezamenlijke rang van D aan de infrastructuur van de V.S. heeft toegewezen, veel waarvan van beton wordt gemaakt. Het zal die waarschijnlijk leiden tot concrete infrastructuur geschikt voor duurzame honderden jaren eerder dan tientallen, die enorme kostenbesparingen en de verminderde op concreet betrekking hebbende emissies van CO2 zullen brengen. Een geschat 5 tot 8 percent van al menselijk-geproduceerd atmosferisch CO2 komt wereldwijd uit de concrete industrie.

Ulm, die bijna twee decennia bestuderend het mechanische gedrag van beton en zijn primaire component heeft doorgebracht, cementdeeg, heeft in het verleden de verscheidene jaren concentreerde zich op zijn nano-structuur. Dit leidde tot zijn publicatie van een document in 2007 dat zei de basisbouwsteen van cementdeeg bij de nano-schaal - calcium-silicaat-hydraten, of c-s-h - van aard korrelig is. Het document verklaarde dat c-s-h natuurlijk bij twee structureel verschillende maar chemisch gelijkaardige fasen wanneer gemengd met water zelf-assembleert, elk met een vaste verpakkingsdichtheid bijna één van de twee maximumdichtheid toegestaan door aard voor sferische voorwerpen (64 percenten voor de lagere dichtheid en 74 percenten voor hoogte).

In het nieuwe onderzoek dat in het Pnas- document wordt geopenbaard, verklaren Ulm en de medeauteur Matthieu Vandamme dat het concrete kruipen gebeurt wanneer deze nano-meter-gerangschikte deeltjes c-s-h in veranderde dichtheid herschikken: wat losser en meer strak ingepakte anderen.

Zij verklaren ook dat een derde, dichtere fase van c-s-h kan worden veroorzaakt door de cementmengeling met andere mineralen zoals kiezelzuurdampen zorgvuldig te manipuleren, een afvalmateriaal van de aluminiumindustrie. Deze reagerende dampen vormen extra kleinere deeltjes die in de ruimten tussen de nano-korrels van c-s-h, ruimten pasten die vroeger met water werden gevuld. Dit heeft het effect van het verhogen van de dichtheid van c-s-h tot maximaal 87 percenten, die beurtelings zeer de beweging van de korrels c-s-h in tijd belemmert.

„Er is een onderzoek door de industrie om een optimale methode te vinden om dergelijke ultra-hoog-dichtheidsmaterialen te creëren die op verpakkingsoverwegingen worden gebaseerd in beperkte ruimten, een methode die ook ecologisch duurzaam,“ bovengenoemde Ulm is. De „toevoeging van kiezelzuurdampen is één bekende methode in gebruik voor het veranderen van de dichtheid van beton; wij weten van de nanoscaleverpakking nu waarom de toevoeging van dampen het kruipen van beton vermindert. Vanuit een nanoscaleperspectief, bestaan andere middelen nu om dergelijke hoogst ingepakte, langzaam-kruipt materialen te bereiken.“

Het „inzicht dat in nanostructure wordt bereikt zet beton op gelijke voet met high-tech materialen, de waarvan microstructuur kan zijn nanoengineered om aan specifieke prestatiescriteria te voldoen: de sterkte, de duurzaamheid en een verminderde milieuvoetafdruk,“ zeiden Vandamme, die een Doctoraat van het Ministerie van MIT van Burgerlijke en MilieuTechniek in 2008 verdiende en nu op de faculteit van Ecole des Ponts ParisTech, Université Parijs-Est is.

In hun Pnas- document, experimenteel tonen de onderzoekers aan dat het tarief van kruipen logaritmisch is, wat betekent exponentieel vertragend de duurzaamheid van kruipenverhogingen. Zij tonen mathematisch aan dat het kruipen door een tarief van 2.6 kan worden vertraagd. Dat zou een echt opmerkelijk effect op duurzaamheid hebben: een insluitingsschip voor kernafval dat wordt gebouwd om 100 jaar met het beton van vandaag te duren kon tot 16.000 jaar duren indien gemaakt met een ultra-hoog-dichtheids (UHD)beton.

Ulm beklemtoonde dat het beton UHD structurele ontwerpen kon veranderen, evenals enorme milieuimplicaties hebben, omdat het beton het wijdst geproduceerde kunstmatige materiaal ter wereld is: 20 miljard ton per jaar wereldwijd met een 5 percentenverhoging jaarlijks. Duurzamere concrete middelen dat minder bouwmateriaal en minder frequente vernieuwingen zullen worden vereist.

De „verdunner de structuur, gevoeliger het moet kruipen, zo omhoog tot nu toe, wij heeft niet kunnen lichtgewicht, duurzame concrete structuren op grote schaal bouwen,“ bovengenoemde Ulm. „Met dit nieuwe begrip van beton, konden wij filigraan produceren: lichte, elegante, sterke structuren die veel minder materieel.“ zullen vereisen

Ulm en Vandamme bereikten hun onderzoekbevindingen gebruikend een nano-inkepingsapparaat, dat hen toestaat om c-s-h (of om de terminologie van burgerlijke bouwkunde te gebruiken, lading toe te passen) en maatregel in de eigenschappen van het notulenkruipen te porren en te porren die gewoonlijk in year-long kruipenexperimenten bij de macroscopische schaal worden gemeten.

Last Update: 14. January 2012 03:56

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