Stiprinamasis betonas

Profesionalams, kurių darbas yra įvertinti infrastruktūrą, akivaizdu, kad didžiulė šalies kelių ir tiltų sistema yra skubiai reikalinga remonto. 2007 m. pareigūnai prie Federalinė greitkelių administracija įvertino 25 procentus JAV tiltų struktūriškai netinkamais arba funkciškai pasenusiais. Ir kaip tik šiais metais, Amerikos civilinių inžinierių draugija išleido metinę infrastruktūros ataskaitos kortelę, kurioje bendrai tiltų būklei suteikta C, o kelių – D.

Cementuojamas betonas: Dėl naujos technikos betonas tampa mažiau jautrus korozinėms medžiagoms, tokioms kaip kelių druska. Šio rentgeno vaizdo viršuje vos matoma mėlynai žalia sritis rodo, kad į apdorotą betoną (mėlyna spalva) prasiskverbė labai mažai chlorido jonų (žalia spalva). Raudonos dalelės rodo smėlio grūdelius, sumaišytus su cementu.

Dauguma šių konstrukcijų yra pagamintos iš betono, daugelis jų buvo pastatytos XX amžiaus ketvirtajame ir šeštajame dešimtmečiuose. Šiandien šie tiltai ir keliai griūva iš dalies dėl amžiaus ir iš dalies dėl žiemos ledo šalinimo. Nors kelių druska tirpdo ledą nuo paviršių, ji taip pat gali patekti į daugybę betono mikroporų, atitirpdydama viduje esančias vandens molekules. Dėl greito atitirpimo betonas gali išsiplėsti ir įtrūkti iš vidaus, todėl jo tarnavimo laikas pailgėja.

Dabar inžinieriai Nacionaliniame standartų ir technologijų institute ( NIST ) sukūrė ir užpatentavo naują techniką, pavadintą VERDiCT (Klampumo didintuvai, mažinantys difuziją betono technologijoje), kuri gali padvigubinti betono gabalo tarnavimo laiką. Sumaišę nano dydžio priedą su cementu, jie sukūrė metodą, kuris sulėtino kelių druskos įsiskverbimą. Jie samprotavo, kad kuo ilgiau prasiskverbia ardančios medžiagos, tuo ilgiau betonas tarnaus be įtrūkimų.

Įprastinėje betono gamyboje sausas cementas, paprastai susidedantis iš kalkakmenio, molio ir kitų mineralų, sumaišomas su vandeniu, kad susidarytų pasta ir sumaišomas su užpildais, tokiais kaip uolienos ar smėlis. Džiūdama pasta suklijuoja užpildus į betoninę plokštę. Pastaruoju metu buvo stengiamasi sukurti tvirtesnį, aukštos kokybės betoną, daugiausia didinant medžiagos tankį. Norėdami tai padaryti, mokslininkai arba prideda įvairių stiprinančių chemikalų, arba sumala sausas medžiagas, naudojamas cementui gaminti, kad jos būtų dar smulkesnės nei randamos įprastuose mišiniuose. Sumaišyta su vandeniu, pasta ir gauta plokštė yra daug tankesnė ir tvirtesnė nei tradicinis betonas.

Tačiau mokslininkai nustatė didelį neigiamą tokių didelio našumo alternatyvų trūkumą. Paspartintose statybose visi renkasi ankstyvo stiprumo betoną, nes nori, kad eismas vėl pradėtų veikti, sako Dale'as Benzas , NIST chemijos inžinierius ir vadovaujantis projekto tyrėjas. Norėdami įgyti tokio stiprumo, galite smulkiau sumalti betoną [kad jis taptų] reaktyvesnis, tačiau tai taip pat generuoja daugiau šilumos, o kai jis atvėsta ir susitraukia, jis gali įtrūkti. Taigi tarp plyšių gausite aukštos kokybės betoną, o tai nėra tai, ko norite.

Bentzas ir jo kolegos naudojo nano masto metodą, kad pagerintų betoną. Jie pripažino, kad betone yra milijonai mažyčių mikroporų, užpildytų vandens molekulėmis. Yra žinoma, kad kelių druskos chlorido ir sulfato jonai prasiskverbia į betoną difunduodami į šį vandens tirpalą, todėl jie iškėlė hipotezę, kad padidinus tirpalo klampumą šiose mikroporose gali sulėtėti kelių druskos ir kitų ardančių medžiagų įsiskverbimas ir pailgėti betono eksploatavimo laikas.

Jei šie jonai plūduriuoja aplinkui, jei jie juda per medų, o ne vandenį, jie bus žymiai sulėtinti, sako Bentzas. Gudrybė yra rasti tinkamą cheminę medžiagą, kuri pakeistų tirpalo klampumą.

Tyrėjai ėmėsi maisto pramonės, kurioje priedai naudojami kaip tirštikliai – nuo ​​salotų padažų iki gazuotų gėrimų. Bentz ieškojo panašių priedų, kurie padidintų betone esančio vandens tirpalo klampumą ir sulėtintų jonų difuziją; jis netgi bandė naudoti maisto tirštiklius, įskaitant ksanto dervą, kuri naudojama padažuose ir leduose.

Ištyrus kelis priedus vandens tirpale, siekiant modeliuoti jonų elgesį betone, komanda nustatė, kad mažesnio molekulinio dydžio žmonės sėkmingiau sulėtino jonų difuzijos greitį. Priedai, esantys mažose molekulinėse grandinėse su vandenilio ir deguonies šakomis, ypač gerai padidino tirpalo klampumą. Bentz teigia, kad taip gali būti dėl to, kad tokios vandenilio ir deguonies šakos gali sąveikauti su vandens molekulėmis, sudarydamos barjerą nuo įsiskverbiančių jonų, todėl jiems sunkiau prasiskverbti.

Komanda taip pat išbandė įvairius priedus mažuose cemento skiedinio cilindruose – iš esmės betone be užpildų. Bentz sumaišė priedus su cementu, leido skiediniams išdžiūti ir kiekvieną skiedinį įdėjo į chlorido tirpalą iki vienerių metų. Pašalinęs skiedinius iš tirpalo, jis ir jo komanda išskaidė kiekvieną skiedinį ir išanalizavo, kiek chlorido jonai galėjo prasiskverbti. Palyginti su skiediniais be jokių priedų, su priedais reikšmingai sumažėjo chlorido difuzija.

Tačiau technologija gali būti ne visai paruošta naudoti pramoniniu mastu, daugiausia dėl galimų išlaidų. Bentzas teigia, kad norėdamas gauti tokius rezultatus, priedo turėjo pagaminti net 10 procentų cemento tirpalo. Pramonei priimtinas vienas procentas, todėl yra išlaidų veiksnys, nes jis kainuos 10 procentų daugiau, sako Bentzas. Mes pademonstravome koncepcijos įrodymą, o dabar norėtume rasti priedą, kuris veiktų esant 3–5 procentų koncentracijai.

Jasonas Weissas , Purdue universiteto civilinės inžinerijos profesorius, tobulina betono mišinius ir padidina medžiagos ilgalaikes savybes. Jis sako, kad tokia technika vieną dieną gali padaryti tiltus ir kelius mažiau jautrius korozijai. Tai turi didžiulį potencialą, sako Weissas. Tai reikštų, kad tiltas, galintis trukti 30 metų, dabar, esant tokio pat tipo cheminei atakai, tarnautų 40–45 metus.

paslėpti