211service.com
Betono nano paslaptis
Betonas yra plačiausiai naudojama žmogaus sukurta medžiaga, o cemento – pagrindinės betono sudedamosios dalies – gamyba sudaro 5–10 procentų visų antropogeninių anglies dioksido, svarbiausių šiltnamio efektą sukeliančių dujų, sukeliančių visuotinį atšilimą, išmetimo. Tačiau dabar MIT mokslininkai, tiriantys betono nanostruktūrą, padarė atradimą, dėl kurio cemento gamybos metu gali sumažėti anglies dioksido išmetimas.
Cemento pagrindo medžiagos zondavimas itin plona deimantine adata daro įspaudą nanometrų tvarka. MIT mokslininkai naudojo šią techniką, kad ištirtų cemento nanostruktūrą, kuri reguliuoja betono, pagaminto naudojant cementą, savybes. Sukurdami nanoskalės cementą, jie tikisi sumažinti cemento gamybos metu išmetamą anglies dvideginio kiekį.
Tyrėjai nustatė, kad betono statybiniai blokai yra vos kelių nanometrų dydžio dalelės ir kad šios nanodalelės yra išdėstytos dviem skirtingais būdais. Jie taip pat nustatė, kad nanodalelių pakavimo tvarka lemia betono savybes, tokias kaip stiprumas, standumas ir ilgaamžiškumas. Mineralas [kuris sukuria nanodaleles] nėra raktas į tas savybes... veikiau tai yra [dalelių] pakuotė, sakoma. Franzas Josefas Ulmas , MIT civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius, vadovavęs darbui. Taigi ar negalime pakeisti pradinio mineralo kuo nors kitu? Tikslas yra suformuluoti pakaitinį cementą, kuris išlaikytų nanodalelių pakavimo tvarką, bet gali būti pagamintas išskiriant mažiau anglies dvideginio.
Cemento gamyboje išmetamas anglies dioksidas, nes 1500 ºC temperatūroje kaitinamas kalkakmenio ir molio miltelių mišinys. Sumaišius cementą su vandeniu, susidaro pasta; Į pastą įpilama smėlio ir žvyro betonui gaminti. Tačiau mokslininkai nevisiškai supranta cemento struktūrą, sako Ulmas.
Didžiausia paslaptis – cemento-vandens pastos elementarios statybinės medžiagos – kalcio silikato hidrato, kuris veikia kaip klijai, laikantys visas betono sudedamąsias dalis, struktūra ir savybės. Visos makroskopinės betono savybės tam tikru būdu yra susijusios su šia faze nanometrų lygiu. Jeffrey Thomas , Šiaurės Vakarų universiteto civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius.
Jei ši struktūra būtų geriau suprantama, mokslininkai galėtų sukurti cementą nanoskalėje, kad pritaikytų betono savybes Hamlinas Jenningsas , Šiaurės vakarų civilinės ir aplinkos inžinerijos bei medžiagų mokslo profesorius. Kadangi mokslininkai nežino cemento elgsenos nanoskalėje, iki šiol betono ir cemento tyrimų pažanga dažniausiai buvo netikėta, sako Jennings.
Jenningsas numatė, kad kalcio silikato hidratas yra maždaug penkių nanometrų dydžio dalelė. Ulmas ir jo doktorantas Georgios Constantinides patvirtino šią struktūrą naudodami nanoindentacijos metodą, kuris apima cemento pastų zondavimą itin plona deimantine adata.
Tyrėjai išsiaiškino, kad kalcio-silikato-hidrato nanodalelės buvo išdėstytos panašiai kaip apelsinai, atsitiktinai supakuoti dėžutėje, arba kaip apelsinų piramidės išdėstymas bakalėjos parduotuvėje. Taikant šiuos du išdėstymus, dalelės užpildo atitinkamai 63 ir 74 procentus cemento pastos tūrio, likusią dalį sudaro vanduo ir oras. Mokslininkai nustatė, kad santykinis tūris, kurį nanodalelės užima pastoje, kontroliuoja cemento pastos mechanines savybes.
Ulmas ir Constantinides dabar planuoja pakeisti cemento komponentus – viena idėja yra pakeisti magnį kalciu, kad cementui gaminti prireiktų mažiau šilumos, tačiau gautų nanodalelių pakuotės išdėstymas vis tiek toks pat kaip kalcio silikato ir hidrato nanodalelės.
Jie taip pat planuoja ištirti nanodaleles, kol supras ją iki atominio lygio. Tai suteiks jiems dar daugiau laisvės nanoinžinerijai gaminti cementą, sako Ulmas. Galėtume į jį pridėti chemikalų, kad pagerintume [betono] veikimą naudojant galbūt mažiau cemento arba to paties cemento, kuris suteikia didesnį stiprumą.
Pasaulyje kasmet pagaminama du milijardai tonų cemento, o betono paklausa didėja augant Kinijoje ir Indijoje, Ulmas teigia, kad būtina sumažinti su betonu susijusį anglies dvideginio išmetimą kovojant su pasauliniu mastu. atšilimas.