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科學家開發耐用的新型混凝土
發布時間:2021-06-23     作者:   來源:cnBeta.COM   分享到:

  據外媒New Atlas報道,隨著科學家們努力提高混凝土的強度和耐久性,“神奇材料”石墨烯被證明是一種有前景的添加劑,這也許并不令人驚訝。作為世界上最強的人造材料,它可能有很多東西可以提供給建筑界,而這一最新的例子來自美國西北大學的研究人員,他們已經開發出一種新型的石墨烯填充水泥,具有很強的防水性和抗裂性。

  作為世界上使用最廣泛的材料--混凝土生產的關鍵成分,水泥具有巨大的環境足跡,占全球溫室氣體排放量的8%左右。研究人員希望通過開發持續時間更長的混凝土形式來減少這一負擔,從而減少對進一步的混凝土的需求,以取代受損的結構。

  混凝土結構失敗的原因之一是裂縫的形成,開始時是微小的破裂。一旦水滲入這些破裂處,就會導致它們的規模不斷擴大,直到整個東西需要修復或更換。我們已經看到了一些有趣的方法,科學家可能能夠干預這一過程,例如通過“自我修復”混凝土,在血液酶、真菌和特殊膠水的幫助下修復裂縫。

  石墨烯也可能在這方面發揮一定作用。我們已經看到了有希望的混凝土原型,它使用片狀石墨烯來降低水的滲透性,甚至看到了舊輪胎如何被轉化為石墨烯來生產更堅固的混凝土。而這項技術正開始進入現實世界,工程師們最近在英國澆筑了世界上第一塊石墨烯增強的混凝土板。

  西北大學的研究人員一直在研究另一種增壓水泥配方,其中加入了這種神奇材料的微小顆粒,使混凝土更耐水。該團隊試驗了一系列的顆粒類型,包括碳納米管、碳納米纖維和石墨烯納米片,然后通過一種被稱為劃痕測試的先進技術測試它們的性能。這使材料的微觀位點受制于錐形探針,以測試其斷裂反應。

  “我能夠同時觀察許多不同的材料,”該研究的主要作者Ange-Therese Akono說?!拔业姆椒ㄖ苯釉谖⒚缀图{米尺度上應用,這節省了大量的時間。然后在此基礎上,我們可以了解材料的行為方式,它們是如何裂開的,并最終預測它們對斷裂的抵抗力?!?/p>

  這些實驗還使科學家們能夠調整水泥的構成以提高其性能。通過這個過程,研究小組找到了石墨烯納米片作為獲勝成分,他們發現可以少量加入石墨烯以提高成品的抗斷裂性。這是通過降低材料的孔隙率來實現的,因此水的滲透性降低了78%。

  Akono說:“納米顆粒在這種應用中的作用在此之前還沒有被理解,所以這是一個重大的突破。作為一個受過培訓的斷裂力學專家,我想了解如何改變水泥生產以增強斷裂反應?!?/p>

  這項研究發表在《英國皇家學會哲學會刊A》雜志上。


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