6 καινοτομίες και εκσυγχρονισμός σκυροδέματος

Το σκυρόδεμα αναφέρεται σε ειδικά κατασκευασμένα (τεχνητά) πέτρινα δομικά υλικά. Αποτελείται από νερό, στυπτικό (συνήθως - τσιμέντου) και πληρωτικά διαφορετικών μεγεθών. Σκυρόδεμα είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα οικοδομικά υλικά στον κόσμο. Αυτό είναι το υλικό επιλογής για τους περισσότερους νέους μεγάλους δρόμους, κτίρια, γέφυρες και πολλές άλλες κατασκευές, λόγω της αντοχής και της σχετικής ευκολίας χρήσης. Οι τεχνολογίες δεν παραμένουν ακίνητες, οι ερευνητικές ομάδες διεξάγουν νέες έρευνες με το υλικό που παρουσιάζεται, ως αποτέλεσμα της εργασίας τους, εμφανίζονται νέες εξελίξεις.

Σκυρόδεμα από ξύλο: πραγματικότητα ή μύθος;

Προηγουμένως, το ξύλο ήταν ένα από τα πιο κοινά οικοδομικά υλικά, αλλά σήμερα αντικαταστάθηκε από συγκεκριμένα μείγματα. Η ενεργός ανάπτυξη των τεχνολογιών επέτρεψε να συνδυάσετε 2 τύπους υλικών, δημιουργώντας ένα συνδυασμένο μίγμα ξύλου και σκυροδέματος.

Το Ελβετικό Εθνικό Πρόγραμμα Ξύλου Πόρων (NRP 66) επικεντρώνεται στη δημιουργία ενός μοναδικού μείγματος. Έλληνες ερευνητές κατάφεραν να αναπτύξουν μια ριζοσπαστική προσέγγιση στο συνδυασμό ξύλου και σκυροδέματος: κάνουν ανθεκτικό σκυρόδεμα, το 50 τοις εκατό του οποίου είναι κατασκευασμένο από ξύλο. Η υψηλή περιεκτικότητα σε ξύλο στο μίγμα σκυροδέματος συνέβαλε στην καλή θερμομόνωση του υλικού χωρίς να διακυβεύεται η αντίσταση στη φωτιά.

Η κύρια διαφορά μεταξύ του περιγραφόμενου μείγματος και του κλασικού σκυροδέματος είναι η αντικατάσταση του χαλικιού και του χαλικιού άμμο λεπτόκοκκο ξύλο.

Κάνοντας πλωτό σκυρόδεμα

«Δεν ζυγίζουν περισσότερο από το μισό από το συνηθισμένο σκυρόδεμα που ζυγίζει - το πιο ελαφρύ από αυτά ακόμη και επιπλέουν!» Λέει ο διοργανωτής της έρευνας. Επιπλέον, μετά την αποσυναρμολόγηση, τα υλικά μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ως καύσιμο για τη θερμότητα και την ηλεκτρική ενέργεια. Παρά την τήρηση των απαιτήσεων πυρασφάλειας δομικό υλικό μπορεί να καεί σε συνδυασμό με άλλα απόβλητα.

Τα αποτελέσματα των δοκιμών αντοχής επιβεβαίωσαν ότι το νέο σκυρόδεμα από ξύλο είναι κατάλληλο για την κατασκευή πλακών και τοίχων και μπορεί να γίνει υλικό για φέροντες κατασκευές. Κατά τη διάρκεια των επερχόμενων μελετών, πρέπει να μάθουμε σε ποιους τομείς είναι καλύτερο να εφαρμόζουμε ένα συγκεκριμένο είδος σύνθετου ξύλου και αποτελεσματικές μεθόδους παραγωγής του. Σύμφωνα με τη Daya Zwiki (διοργανωτής), το επίπεδο γνώσεων που απαιτείται για ευρεία χρήση εξακολουθεί να είναι πολύ περιορισμένο.

Επαναστατικό σκυρόδεμα από γραφίνο

Το Graphene είναι μια τροποποίηση άνθρακα που κερδίζει δημοτικότητα πρόσφατα. Οι ειδικοί από το Πανεπιστήμιο του Exeter έχουν αναπτύξει μια καινοτόμο τεχνική που χρησιμοποιεί τη νανο-μηχανική για να εισαγάγει το graphene στην κλασσική παραγωγή μιγμάτων σκυροδέματος. Μια μοναδική τεχνολογία έχει δημιουργήσει ανθεκτικό, φιλικό προς το περιβάλλον και ανθεκτικό σκυρόδεμα. Επιπλέον, η αντοχή στο νερό έχει αυξηθεί σημαντικά. Η δοκιμή του παραγόμενου υλικού έχει αποδείξει την πλήρη συμμόρφωση με τα βρετανικά και ευρωπαϊκά πρότυπα κατασκευής.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το νέο συμπύκνωμα ενισχυμένο με γραφένιο μείωσε σημαντικά το αποτύπωμα άνθρακα των παραδοσιακών μεθόδων παραγωγής σκυροδέματος, καθιστώντας το πιο βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον. Ταυτόχρονα, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μειώθηκαν σημαντικά (κατά 446 κιλά / τόνο) και η ποσότητα υλικών που απαιτούνται για τη δημιουργία σκυροδέματος μειώθηκε κατά 50%.Οι περισσότεροι επιστήμονες είναι σίγουροι ότι η νέα τεχνική θα επιτρέψει την εισαγωγή νέων νανοϋλικών σε σκυρόδεμα, εκσυγχρονίζοντας έτσι τον παγκόσμιο κατασκευαστικό κλάδο.

Η αναζήτηση πράσινων μεθόδων κατασκευής αποτελεί ένα βήμα προς τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα παγκοσμίως και ενός τρόπου προστασίας του περιβάλλοντος. Πρόκειται για μια σημαντική επένδυση στη δημιουργία μιας προοδευτικής βιομηχανίας κατασκευών για το μέλλον.

Τέφρα άνθρακα στο σκυρόδεμα

Είναι δύσκολο να αποκτηθεί η ακριβής περιεκτικότητα σε υγρασία μέσα στο σκυρόδεμα, επειδή η σκόνη και τα συσσωματώματα σχηματίζουν μια πυκνή τσιμεντοειδή μήτρα, η οποία δημιουργεί δυσκολίες στην κίνηση της υγρασίας μετά την ξήρανση. Επιπλέον, απαιτούνται ειδικές ατμοσφαιρικές συνθήκες για την ξήρανση. Εάν η εξωτερική επιφάνεια του σκυροδέματος στεγνώσει πριν το σκληρυνθεί το εσωτερικό τμήμα, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ασθενέστερη δομή του προϊόντος.

Το εργαστήριο του Farnam ήθελε να αναπτύξει ένα συνολικό προϊόν που θα είχε τα βέλτιστα χαρακτηριστικά ανάμιξης, αντοχής και πορώδους και θα βρει έναν τρόπο να το κάνει από μια μεγάλη ποσότητα αποβλήτων.

Τέφρα άνθρακα - ένα υποπροϊόν των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα, που παράγεται ως αποτέλεσμα της καύσης άνθρακα. Κάθε χρόνο, εκατοντάδες τόνοι τέφρας αποστέλλονται στον χώρο υγειονομικής ταφής. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Drexel πιστεύουν ότι έχουν βρει τη χρήση ενός κονιοποιημένου υπολείμματος. Είναι σίγουροι ότι η τέφρα μπορεί να κάνει το σκυρόδεμα πιο ανθεκτικό και να σπάσει.

Εταιρική ανάπτυξη Farnam

"Η λύση που αντιμετωπίσαμε ήταν η επεξεργασία απορριμμάτων άνθρακα σε πορώδες, ελαφρύ αδρανές με ανώτερες επιδόσεις που μπορούν να παραχθούν με χαμηλότερο κόστος από τις υπάρχουσες φυσικές και συνθετικές επιλογές", δήλωσε ο Farnam (ιδρυτής της ιδέας).

Είναι επιστημονικά αποδεδειγμένο ότι το προστιθέμενο πρόσθετο θα αυξήσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του σκυροδέματος, καθιστώντας το ισχυρότερο. Η έννοια της εσωτερικής σκλήρυνσης αναπτύχθηκε την τελευταία δεκαετία · ένα πορώδες ελαφρύ αδρανές χρησιμοποιείται για να διευκολύνει τη διαδικασία σκλήρυνσης. Το πρόσθετο μπορεί να διατηρήσει ένα σταθερό επίπεδο υγρασίας στο εσωτερικό του σκυροδέματος για να το βοηθήσει να θεραπεύσει ομοιόμορφα από μέσα.

Πυριτικό ασβέστιο σε σκυρόδεμα

Μικροσφαίρες κατασκευασμένα από πυριτικό ασβέστιο, αναπτύχθηκαν από επιστήμονες του πανεπιστημίου Rice. Αποδεικνύεται ότι η εφεύρεση θα βοηθήσει στην απόκτηση ενός πιο ανθεκτικού και φιλικού προς το περιβάλλον σκυροδέματος, με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες (αντοχή, σκληρότητα, ελαστικότητα και ανθεκτικότητα) από το τσιμέντο Portland, το πιο κοινό συνδετικό υλικό που χρησιμοποιείται στο σκυρόδεμα. Το μέγεθος των σφαιρών είναι από 100 έως 500 νανόμετρα σε διάμετρο. Η χρήση τους υπόσχεται να μειώσει την ενεργειακή ένταση της παραγωγής τσιμέντου (ένα από τα πιο κοινά συνδετικά μέσα σε σκυρόδεμα). Ο Shahsavardi ισχυρίζεται ότι οι σφαίρες είναι κατάλληλες για μηχανική οστών, μόνωση, κεραμικά και σύνθετες εφαρμογές, καθώς και τσιμέντο.

Σύμφωνα με τον Shahsavardi, η αύξηση της ισχύος του τσιμέντου θα συμβάλει:

• Μειώστε το βάρος του σκυροδέματος.
• Λιγότερη κατανάλωση υλικών.
• Μειωμένη κατανάλωση ενέργειας κατά τη διάρκεια της παραγωγής σκυροδέματος.
• Μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κατά τη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας.

Ο επιστήμονας είπε ότι το μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων στο σύνολό τους έχει σημαντικό αντίκτυπο στις μηχανικές ιδιότητες και την ανθεκτικότητα των χύδην υλικών όπως το σκυρόδεμα.

Ανακυκλωμένο σκυρόδεμα

Οι μηχανικοί της UBC έχουν αναπτύξει έναν πιο ανθεκτικό τύπο σκυροδέματος χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένα ελαστικά. Η ουσία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κατασκευές από σκυρόδεμα όπως κτίρια, δρόμους, φράγματα και γέφυρες. Παράλληλα, ο όγκος των αποβλήτων στους χώρους υγειονομικής ταφής θα μειωθεί σημαντικά.

Οι ερευνητές πειραματίστηκαν με διάφορες αναλογίες ανακυκλωμένων ινών ελαστικών και άλλων υλικών που χρησιμοποιούνται σε σκυρόδεμα - τσιμέντο, άμμο και νερό - πριν βρουν το τέλειο μίγμα. Αποτελείται από 0,35% ίνες ελαστικών. Στις ΗΠΑ, τη Γερμανία, την Ισπανία, τη Βραζιλία και την Κίνα υπάρχουν ήδη ασφαλτοστρωμένοι δρόμοι με καουτσούκ ψιλοκομμένο από ελαστικά.Αποδεικνύεται ότι η παρουσία αυτών των σωματιδίων έχει συμβάλει στη βελτίωση της ελαστικότητας του σκυροδέματος και στην επέκταση της διάρκειας ζωής του.

Αποτελέσματα δοκιμών σκυροδέματος ελαστικών

Οι εργαστηριακές δοκιμές επιβεβαίωσαν ότι το ενισχυμένο με ίνες σκυρόδεμα μειώνει τη διάσπαση κατά περισσότερο από 90% σε σύγκριση με το κλασικό μίγμα. Αυτό οφείλεται στις ίνες πολυμερούς που επικαλύπτουν τις ρωγμές καθώς σχηματίζουν, συμβάλλοντας στην προστασία της δομής και την παράταση της διάρκειας ζωής της.

"Τα περισσότερα από τα φθαρμένα ελαστικά είναι για διάθεση. Η προσθήκη ινών στο σκυρόδεμα μπορεί να μειώσει το αποτύπωμα άνθρακα της βιομηχανίας ελαστικών, καθώς και να μειώσει τις εκπομπές στον κατασκευαστικό κλάδο, καθώς η παραγωγή τσιμέντου αποτελεί σημαντική πηγή εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου ", δήλωσε ο διευθυντής έρευνας της UBC, Bantia.

Χρησιμοποιήθηκε νέο σκυρόδεμααντιμετωπίζοντας βήματα μπροστά από το κτίριο Macmillan στην πανεπιστημιούπολη UBC. Η ομάδα Banthia παρακολουθεί την κατάσταση με αισθητήρες ενσωματωμένους στο σκυρόδεμα, παρακολουθώντας την ανάπτυξη στρες, ρωγμών και άλλων παραγόντων. Αυτή τη στιγμή, τα αποτελέσματα της παρατήρησης επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών και υποδεικνύουν σημαντική μείωση της ρωγμής.

Πώς να αποφύγετε την καταστροφή του σκυροδέματος από το θειικό οξύ;

Οι ατμοσφαιρικές και χημικές επιδράσεις στην επίστρωση σκυροδέματος επηρεάζουν δυσμενώς την κατάσταση του. Η καταστροφή του σκυροδέματος από το θειικό οξύ μπορεί να αποφευχθεί με την εξεύρεση τρόπων για την αποτροπή της προσρόφησης του προδρόμου του αερίου σε σκυρόδεμα. Κατά τη διάρκεια της έρευνάς του, ο Matthew Lasic διαπίστωσε ότι για την προστασία της συγκεκριμένης υποδομής από τις διαβρωτικές επιδράσεις απαιτείται προκαταρκτική επεξεργασία με στόχο τις θέσεις προσρόφησης στο ένυδρο τσιμέντο όπου συνδέονται τα περισσότερα μόρια υδρόθειου. Ωστόσο, η προσέγγιση αυτή μπορεί να είναι δύσκολη λόγω της ευρείας χρήσης τους.

Η πορώδης δομή καθιστά το τσιμέντο ευάλωτο σε προσρόφηση φυσικού αερίου. Στη μελέτη τους, οι συγγραφείς διενεργούν ανάλυση νανοκλίμακας βασισμένη σε προσομοιώσεις Monte Carlo για την προσομοίωση της μετανάστευσης μορίων αερίου στη δομή της ένυδρης ύλης τσιμέντου. Η μοντελοποίησή τους υποδηλώνει ότι για την καλή απορρόφηση της ένυδρης ύλης τσιμέντου απαιτείται ένας ορισμένος συνδυασμός μοριακού μεγέθους και επιφάνειας.