Еластичен бетон инспириран од морски ежови

Еластичен бетон инспириран од морски ежови

Армиран бетон без арматурни прачки, со доволна јакост на свиткување? Наскоро.

Бетонот се смета за најшироко користен градежен материјал во светот направен од човекот, во најголема мера благодарејќи на неговата јакост на притисок за што допринесува неговата компонента од калциум силикат хидрат (CSH), главниот производ на хидратацијата на Портланд цементот. Сепак, знаеме дека за бетонот да може да ги прифати и преземе предвидените влијанија, потребно е да има доволна јакост на свиткување и затегнување што ја дава челикот вграден во него и го формира армираниот бетон.

Меѓутоа, се јавува проблем во челичните или арматурните прачки кои што често се скапи, подложни на корозија и во одредена мерка се проблематични за транспорт. Поради ова, истражувачите бараат алтернативни решенија. Во некои претходни обиди, за да се добие поеластичен материјал се вметнувале меки супстанции во CHS. Но, со овој процес се добивале неправилни наноструктури што предизвикувале слабости во јакоста на свиткување. Сега, научниците се свртени кон природата во нов обид. Според Хелмут Келфен од Универзитетот Констанц во Германија, „природата користи екстремно сложени градежни принципи за да создаде биоматеријали кои што покажуваат извонредни карактеристики“. Тој и неговиот тим, за разлика од поранешите обиди, успеале да ја искористат нивните претходни истражувања за структурата на боцките на морските ежови во производство на CHS со наноструктура од повисок ред. Истражувањата се базираат на составот на боцките на морските ежови, мезокристални калцити. Иако тоа се тврди, но крти калцити, својата јакост ја добиваат од тенките аморфни слоеви помеѓу правилните низи како редови од тули, што делуваат како еластичен и приспособлив малтер што спречува развој на пукнатини.
statija1_1

Потпирајќи се на оваа природна појава, тимот го ископирал распоредот и создал колоиден раствор на CHS честичките, односно вид на мешавина која што претставува преод помеѓу хомогена и хетерогена смеса. Келфен и неговите колеги додале калциум хлорид во раствор од натриум силикат заедно со кополимер од полиакрилна киселина. Улогата на полимерот е да го спречи природното згрутчување на CHS честичките како и да обезбеди рамномерно распространување на мешавината.

Контролата и активирањето на CHS честичките во процесот на склопување во мезокристали, тие го спровеле на два начина кои што вклучувале прилагодувања на pH вредноста во полимерот и количината на CHS во мешавината. По спроведените промени, истражувачите увиделе сличност на новиот материјал со оној што претставувал нивна инспирација, боцките на морските ежови. Со испитувањата спроведени под електронски микроскоп, што вклучувале нанесување притисок со микро-манипулатор врз квадратна проба од мезокристал со димензија од 3 µm, тие откриле дека јакоста на свиткување на материјалот достигнала приближно 200 MPa. За споредба, јакоста на челикот на свиткување изнесува околу 250 МPa.

Сега, Келфен работи на процес за скалирање на производството. Тој верува дека материјалот ќе биде корисен во подрачја кои што се изложени на земјотреси. „Во регионите каде што има земјотреси, овој материјал може да биде од голема корист затоа што покажува еластични деформации. Тоа значи дека конструкцијата ќе се ниша, но нема да се сруши“, вели Келфен. Тој има предлози за подобрување на нивниот моментален метод за производство, затоа што со нивниот модел не е можна комерцијализација. Еден од методите е да се произведе поевтин полимер, а друг е да се најде начин за одбегнување на пребрзото сушење на материјалот.