Se târăște betonul. Și acum oamenii de știință cred că știu de ce.
Noile măsurători sugerează că rearanjarea particulelor de beton de dimensiuni nanometrice este responsabilă pentru modul în care clădirile, podurile și alte structuri de beton portante se deformează în timp, un proces cunoscut din punct de vedere tehnic sub numele de „fluaj”. Noua perspectivă ar putea permite inginerilor să producă beton mai puternic și mai durabil, spun cercetătorii într-un studiu care va fi publicat online în Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fluxarea limitează durata de viață a unei clădiri sau a unui pod, deformându-i structura și ducând la instabilitate, spune Franz-Josef Ulm de la MIT, coautor al studiului. „Este un pic ca guma de mestecat”, spune Ulm. Guma se va întinde și se va comprima dacă se aplică o forță constantă. „Betonul face exact asta, dar la o scară mult mai mare.”
Titluri Știri științifice, în căsuța dvs. de e-mail
Titluri și rezumate ale celor mai recente articole Știri științifice, livrate în căsuța dvs. de e-mail în fiecare joi.
multumim pentru inregistrare!
A apărut o problemă la înregistrarea dvs.
Dar procesul este lent, durează mulți ani și a fost dificil de stabilit, spune Ulm.
Ulm și Matthieu Vandamme, de la Université Paris-Est din Franța, s-au concentrat pe unul dintre elementele fundamentale ale pastei de ciment, care necesită adăugarea de roci mici numite agregate pentru a face beton. Pasta de ciment constă în principal din silicat de calciu hidrat, numit CSH. Particulele de CSH, despre care se crede că au un diametru de aproximativ 5 nanometri, conferă betonului o mare parte din rezistența și durabilitatea sa.
Pentru a măsura fluajul, echipa a luat nouă mostre de pastă de ciment, fiecare cu o densitate diferită, și a aplicat presiune constantă cu un ac timp de trei minute. Oamenii de știință au determinat cât de mult fluaj a provocat acul în acea perioadă – de obicei o adâncime de 40 până la 50 de nanometri.
Cu cât cimentul este mai dens, cu atât fluajul este mai lent, au descoperit cercetătorii. Ulm și Vandamme au dedus că particulele de CSH de dimensiuni nanometrice se schimbă unele în raport cu altele. Betoanele mai dense au experimentat mai puțin fluaj, deoarece a existat mai puțin spațiu între particule și, prin urmare, mai puțin spațiu pentru mișcare.
Echipa a descoperit, de asemenea, că rata de fluare se potrivește cu cea a altor materiale granulare, cum ar fi nisipul, susținând și mai mult concluzia lor.
Deși oamenii de știință nu pot opri criza, înțelegerea modului în care funcționează i-ar putea ajuta să o încetinească.
Abonați-vă la Știri științifice
Primiți jurnalism științific excelent, de la cea mai de încredere sursă, livrat la ușa dumneavoastră.
„Abordarea clasică este empirică: introduci o substanță nouă în [the concrete mix], și vezi, „Oh, se strecoară mai puțin”,” spune Ulm. Oamenii de știință au dat peste rețete pentru beton mai puternic – prin adăugarea de fum de silice, de exemplu – dar nu au înțeles de ce aceste adăugiri au dus la betonul cu curgere mai lentă. Betonul de nanoinginerie le-ar permite oamenilor de știință să proiecteze tipul de material pe care îl doresc de jos în sus.
„Dacă totul din această lucrare se dovedește a fi corect, atunci există strategii specifice sugerate care ne-ar permite să proiectăm o substanță chimică care să reducă sau să crească fluajul”, spune Hamlin Jennings de la Universitatea Northwestern din Evanston, Ill.
Utilizarea betonului de ultra-înaltă densitate pentru structuri care trebuie să reziste mult timp – cum ar fi podurile și containerele de deșeuri nucleare – ar putea crește durata de viață a acestor structuri „de la poate o sută de ani la 40.000 de ani”, spune Ulm. „Nu va trebui să-ți mai faci niciodată griji în privința înfiorării.”