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Os Coordenadores Identificam Que Causas Concretas Para Se Deformar Gradualmente

Published on June 15, 2009 at 7:58 PM

Os engenheiros civiles do MIT têm identificado pela primeira vez que causas mais frequentemente o material de construção usado na terra - concreto - a se deformar gradualmente, diminuindo sua durabilidade e encurtando o tempo das infra-estruturas tais como pontes e embarcações da retenção dos resíduos nucleares.

Em um papel publicou nas Continuações da Edição Adiantada em linha da Academia Nacional das Ciências (PNAS) a semana do 15 de junho, os pesquisadores dizem que esse rastejamento concreto (o termo técnico para a deformação tempo-dependente que ocorre no concreto quando é sujeitada à carga) está causado pelo rearranjo das partículas na nano-escala.

“Finalmente, nós podemos explicar como o rastejamento ocorre,” dissemos o Professor Franz-Josef Ulm, co-autor do papel de PNAS. “Nós não podemos impedir que o rastejamento aconteça, mas se nós retardamos a taxa em que ocorre, esta aumentará a durabilidade do concreto e prolongará a vida das estruturas. Nossa pesquisa coloca a fundação para rethinking a engenharia concreta de uma perspectiva nanoscopic.”

Esta pesquisa vem numa altura em que a Sociedade Americana de Engenheiros Civiles atribuiu uma categoria agregada de D a infra-estrutura dos E.U., muito de que é feito do concreto. Provavelmente conduzirá à infra-estrutura concreta capaz de durar centenas de anos um pouco do que os dez, que trarão economias de gastos enormes e emissões de CO2 concreto-relacionadas diminuídas. Uns 5 a 8 por cento calculado de todo o CO2 atmosférico humano-gerado no mundo inteiro vêm da indústria concreta.

Ulm, que passou quase duas décadas que estudam o comportamento mecânico do concreto e de seu componente preliminar, pasta do cimento, tem nos os últimos anos centrados sobre sua nano-estrutura. Isto conduziu a sua publicação de um papel em 2007 que dissesse que o bloco de apartamentos básico da pasta na nano-escala - cálcio-silicato-hidratos, ou C-S-H do cimento - é granulado na natureza. O papel explicou que C-S-H auto-monta naturalmente em dois estrutural distintos mas em fases quimicamente similares quando misturado com água, cada um com uma densidade de embalagem fixa perto de uma das duas densidades máximas reservadas por natureza os objetos esféricos (64 por cento para a densidade mais baixa e 74 por cento para a elevação).

Na pesquisa nova revelada no papel de PNAS, Ulm e o co-autor Matthieu Vandamme explicam que o rastejamento concreto vem sobre quando estas partículas nano-medidor-feitas sob medida de C-S-H rearranjam em densidades alteradas: algum mais fraco e outro embalaram mais firmemente.

Igualmente explicam que um terço, uma fase mais densa de C-S-H pode ser induzido com cuidado manipulando a mistura do cimento com outros minerais tais como emanações do silicone, um material waste da indústria de alumínio. Estas emanações de reacção formam as partículas menores adicionais que cabem nos espaços entre os nano-grânulo de C-S-H, os espaços que foram enchidos anteriormente com água. Isto tem o efeito de aumentar a densidade de C-S-H a até 87 por cento, que por sua vez impede extremamente o movimento dos grânulo de C-S-H ao longo do tempo.

“Há uma busca pela indústria para encontrar um método óptimo para criar tais materiais da ultra-alto-densidade baseados em considerações da embalagem em espaços limitados, um método que seja igualmente ambiental sustentável,” disse Ulm. “A adição de emanações do silicone é um método conhecido no uso para mudar a densidade do concreto; nós sabemos agora da embalagem do nanoscale porque a adição de emanações reduz o rastejamento do concreto. De uma perspectiva do nanoscale, outros meios existem agora para conseguir tais embalada altamente, materiais do lento-rastejamento.”

“A introspecção ganhada no nanostructure põe o concreto sobre o fundamento igual com materiais da alto-tecnologia, cuja a microestrutura pode ser nanoengineered para encontrar critérios de desempenho específico: força, durabilidade e uma pegada ambiental reduzida,” disse Vandamme, que ganhou um PhD do Departamento do MIT do Planejamento Civil e Ambiental em 2008 e está agora na faculdade do DES Ponts ParisTech de Ecole, Université Paris-Est.

Em seu papel de PNAS, os pesquisadores mostram experimental que a taxa de rastejamento é logarítmica, que os meios que retardam o rastejamento aumentam a durabilidade exponencial. Demonstram matematicamente que o rastejamento pode ser retardado por uma taxa de 2,6. Isso teria um efeito verdadeiramente notável na durabilidade: uma embarcação da retenção para os resíduos nucleares construídos para durar 100 anos com concreto de hoje podia durar até 16.000 anos se feito com um concreto (UHD) da ultra-alto-densidade.

Ulm forçou que o concreto de UHD poderia alterar projectos estruturais, assim como tem implicações ambientais enormes, porque o concreto é o material sintético o mais extensamente produzido na terra: 20 bilhão toneladas pelo ano no mundo inteiro com um aumento de 5 por cento anualmente. Um concreto Mais durável significa que menos material de construção e renovações menos freqüentes estarão exigidos.

“O diluidor a estrutura, mais sensível é rastejar, tão até aqui, nós fomos incapazes de construir o peso leve em grande escala, estruturas concretas duráveis,” disse Ulm. “Com esta compreensão nova do concreto, nós poderíamos produzir filigrana: luz, estruturas elegantes, fortes que exigirão distante menos material.”

Ulm e Vandamme conseguiram seus resultados da pesquisa usando um dispositivo do nano-recorte, que permitisse que piquem e incitem o C-S-H (ou para usar a terminologia da engenharia civil, para aplicar a carga) e a medida nas propriedades do rastejamento das actas que são medidas geralmente em experiências ano-longas do rastejamento na escala macroscópica.

Last Update: 14. January 2012 00:35

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