Структура морских ежей упрочнила бетон в десятки раз

Andreas Picker et al. / Science Advances, 2017

Разработан цемент со структурой из высокоориентированных плоских силикатных частиц. За счет такой структуры он обладает высокой прочностью, и при этом гораздо большой гибкостью и устойчивостью к трещинам, чем обычный бетон, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances.

Бетон — самый используемый искусственный материал в мире, который применяется при строительстве практически всех конструкций, например, зданий или мостов. Он удобен для применения и обладает высокой прочностью на сжатие, что важно при строительстве высоких зданий. Но у него есть и недостаток — низкая прочность на изгиб. Из-за этого зачастую в строительстве используется не сам бетон, а железобетонные конструкции на его основе, внутри которых находится усиливающий стальной каркас.

Исследователи под руководством Гельмута Кёльфена (Helmut Cölfen) из Констанцского университета в Германии создали материал на основе гидрата силиката кальция (основного компонента цемента) с необычным строением и высокой устойчивостью к изгибу. Они решили взять в качестве основы тот же материал, который используется в цементе, но изменить его свойства за счет нетипичной для него структуры.

При разработке материала ученые вдохновлялись структурой игл морских ежей. Они состоят из множества упорядоченных небольших прочных фрагментов, разделенных другим веществом. За счет этого при ударах и других нагрузках отдельные фрагменты могут растрескиваться, но эти трещины не переходят на соседние фрагменты. Исследователи использовали в своей работе наночастицы гидрата силиката кальция толщиной в несколько нанометров и шириной в несколько десятков нанометров. Обычно такие частицы в суспензиях собираются в более крупные, поэтому ученым пришлось подобрать стабилизирующий полимер, который не давал бы частицам хаотично собираться в растворе.

В результате исследователи получили высокоупорядоченные мезокристаллы из гидрата силиката кальция размерами в сотни микрометров. Из них они вырезали с помощью фокусируемого ионного пучка микрокантилеверы длиной в несколько десятков микрометров и проверили их прочность на изгиб. Выяснилось, что их прочность на изгиб составляет около 150 мегапаскалей, что в десятки раз больше, чем у обычного бетона.

Недавно американские исследователи разработали методику, которая позволяет обнаруживать коррозию в железобетонных конструкциях на ранних стадиях. Для этого они предложили использовать терагерцовое излучение, которое поглощается продуктами коррозии железа с уникальным для каждого вещества спектром поглощения. А в прошлом году другие американские ученые создали покрытие для отслеживания трещинообразования в практически любых материалах, в том числе и бетоне.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.