Kako beton, ki je že tako močan gradbeni material, narediti še močnejši? No, raziskovalci s Princetona verjamejo, da so ključ do močnejšega betona školjke. Kako je to mogoče?
Kako beton narediti trši?
Beton je najpogosteje uporabljen gradbeni material na svetu, saj se uporablja za gradnjo vsega, od nebotičnikov do pločnikov. Za zadovoljevanje potreb svetovnih industrij se letno proizvede več kot 4 milijarde ton betona. To je dobro za proizvajalce, vendar ni tako dobro za okolje. Ocenjuje se, da od 4 do 8 odstotkov vseh emisij CO2 po vsem svetu izvira iz proizvodnje betona.
Kaj pa, če bi bil manj krhek in bolj upogljiv? Bi ga še vedno potrebovali toliko? S tem vprašanjem se ukvarjajo raziskovalci s Princetona, ki trdijo, da so ustvarili novo formulo za beton, ki je 17-krat trši in 19-krat bolj duktilen oz. prožen kot tipičen beton.
Skrivnost trdnosti in upogljivosti je v …
Skrivnost trdnosti? Verjeli ali ne … to so školjke in drugi mehkužci. Da, mehkužci. Mehkužci imajo poseben kompozitni material, ki obdaja njihovo notranjo lupino, znan kot »sedef«. Sedef se tradicionalno uporablja v zlatarnah. Ima pa tudi nekaj zanimivih lastnosti na molekularni ravni, ki so pritegnile pozornost raziskovalcev s Princetona.
Če pogledate sedef pod mikroskopom, boste videli nekaj, kar je videti kot šesterokotni listi ali tablice skrilavca. Ti šesterokotniki so narejeni iz argonita in so povezani z mehkim biopolimerom. Ta mikroskopska interakcija med temi trdimi šesterokotniki argonita in biopolimerom, ki jih veže, je točno tisto, kar bi po mnenju raziskovalcev lahko spremenilo način, kako svet proizvaja beton.
»Sinergija med trdimi in mehkimi komponentami je ključna za izjemne mehanske lastnosti sedefa,« je v izjavi za javnost dejal Shashank Gupta, soavtor študije in podiplomski študent na Princetonu.
»Če lahko konstruiramo beton, ki se upira širjenju razpok, ga lahko naredimo tršega, varnejšega in bolj vzdržljivega.«
Kako je bila preizkušena nova formula?
Za preizkus svoje ideje so v laboratoriju izvedli relativno preprost preizkus. Ustvarili so tri nosilce iz izmenjujočih se plošč cementa in tankih plasti polimera. Pri prvem nosilcu sta bila cement in polimer preprosto naložena drug na drugega. Pri drugih dveh so bili v beton izrezani šesterokotni utori na različnih globinah, kar je nosilcem omogočilo, da so v celoti posnemali molekularno strukturo bisera.
Te tri nosilce so nato preizkusili in primerjali z običajnim cementnim nosilcem brez polimernih plasti ali šesterokotnih utorov. Rezultati so bili prepričljivi: vsi trije nosilci s polimerom so bili bolj duktilni in trši od standardnega nosilca. Nosilec z globoko vrezanimi šesterokotnimi lati in polimerom je zabeležil največje povečanje žilavosti in upogljivosti. Prav tako pomembno je, da v primerjavi s standardnim betonom ni izgubil nobene trdnosti.
»Naš pristop, ki ga navdihuje biologija, ni zgolj posnemanje naravne mikrostrukture, temveč učenje iz osnovnih načel in njihova uporaba za oblikovanje materialov, ki jih je ustvaril človek. Eden ključnih mehanizmov, zaradi katerih je biserna lupina trda, je drsenje tablete na nanometrski ravni,« je v izjavi za javnost dejal Reza Moini, soavtor študije.
»Z drugimi besedami, v krhke materiale namerno vnašamo napake, da bi jih naredili močnejše že po zasnovi.«
Sledijo novi testi, aplikativnost je široka
Beton, ki je sam po sebi trši in bolj duktilen, bi imel številne praktične aplikacije po vsem svetu. Raziskovalci iz Princetona so ugotovili, da njihovi rezultati temeljijo na laboratorijskih pogojih in da so pred uporabo te tehnike na terenu potrebni nadaljnji testi in raziskave.
»Šele na začetku smo; na voljo bo veliko možnosti za načrtovanje in inženiring konstitutivnih lastnosti trdih in mehkih materialov, vmesnikov in geometrijskih vidikov, ki vplivajo na temeljne učinke velikosti v gradbenih materialih,« je dejal Moini.
SEO urednik
