Сколько в кубе газосиликатных блоков: Сколько газосиликатных блоков в кубе

Метод «программирует» частицы цемента в крошечные формы

Новый метод превращает частицы цемента из неупорядоченных комков в упорядоченные кубы, сферы и другие формы, что делает материал менее пористым и более прочным.

Цемент – паста, связывающая бетон. Новый метод может привести к более прочным конструкциям, требующим меньшего количества бетона — чем меньше, тем лучше, говорит материаловед и ведущий автор Роузбех Шахсавари из Университета Райса. Мировое производство более 3 миллиардов тонн бетона в год в настоящее время выбрасывает до 10 процентов углекислого газа, парникового газа, выбрасываемого в атмосферу.

Шахсавари и его коллеги расшифровали наноразмерные реакции — или «морфогенез» — кристаллизации в цементе на основе гидрата силиката кальция (C-S-H), который скрепляет бетон.

Впервые они синтезировали частицы C-S-H в различных формах, включая кубы, прямоугольные призмы, дендриты, ядра-оболочки и ромбоэдры, и нанесли их на единую морфологическую диаграмму для производителей и строителей, которые хотят создавать бетон из вверх дном.

Микрокубы становятся сильнее после столкновения со стенами

«Мы называем это программируемым цементом», — говорит он. «Большой успех этой работы в том, что это первый шаг в управлении кинетикой цемента для получения желаемой формы. Мы показываем, как можно контролировать морфологию и размер основных строительных блоков CSH, чтобы они могли самостоятельно собираться в микроструктуры с гораздо большей плотностью упаковки по сравнению с обычными аморфными микроструктурами CSH».

Он говорит, что эта идея сродни самосборке металлических кристаллов и полимеров. «Это горячая точка, и исследователи этим пользуются», — говорит Шахсавари. «Но когда дело доходит до цемента и бетона, крайне сложно контролировать их сборку снизу вверх. Наша работа дает первый рецепт такого продвинутого синтеза.

«Сначала в наших реакциях автоматически формируются затравочные частицы, а затем они доминируют в процессе по мере того, как вокруг них формируется остальная часть материала», — говорит он. «В этом вся прелесть. Это in situ, опосредованный зародышем рост, и он не требует внешнего добавления затравочных частиц, как это обычно делается в промышленности для ускорения кристаллизации и роста».

Предыдущие методы создания упорядоченных кристаллов C-S-H требовали высоких температур или давлений, длительного времени реакции и использования органических прекурсоров, но ни один из них не был эффективным или безвредным для окружающей среды, говорит Шахсавари.

Секрет римского бетона в вулканической породе?

Лаборатория риса создала кубы и прямоугольники правильной формы, добавив небольшое количество поверхностно-активных веществ с положительными или отрицательными ионами и силикат кальция в C-S-H и подвергнув смесь воздействию углекислого газа и ультразвука. Зародыши кристаллов формировались вокруг мицелл ПАВ в течение 25 минут. Уменьшение содержания силиката кальция привело к образованию большего количества сферических частиц и более мелких кубов, а увеличение его количества привело к образованию слипшихся сфер и взаимосвязанных кубов.

Когда кальцитовые «семена» формируются, они заставляют молекулы вокруг себя собираться в кубы, сферы и другие формы, которые на несколько порядков больше. По словам Шахсавари, они могут более плотно упаковываться в бетон, чем аморфные частицы. Тщательное регулирование концентрации прекурсора, температуры и продолжительности реакции позволяет изменить выход, размер и морфологию конечных частиц.

Это открытие является важным шагом в конкретных исследованиях, сказал он. Он основан на его работе в составе группы Массачусетского технологического института, расшифровавшей молекулярную «ДНК» цемента в 2009 году.. «В настоящее время нет контроля над формой C-S-H, — говорит Шахсавари. «Используемый сегодня бетон представляет собой аморфный коллоид со значительной пористостью, что влечет за собой снижение прочности и долговечности».

Новый метод имеет несколько экологических преимуществ, говорит Шахсавари. «Во-первых, вам нужно меньше его (бетона), потому что он прочнее. Это связано с лучшей упаковкой кубических частиц, что приводит к более прочным микроструктурам. Другое дело, что он будет более прочным. Меньшая пористость затрудняет проникновение нежелательных химикатов через бетон, поэтому он лучше защищает стальную арматуру внутри».

Исследование опубликовано в Journal of Materials Chemistry A . Соавторы из Университета Райса, C-Crete Technologies в Хьюстоне и Хьюстонского университета.

Национальный научный фонд и Министерство энергетики поддержали исследование.

Источник: Университет Райса

Программируемый цемент для экологически чистого бетона

Кристаллический СМЕНИТЬ ТЕМУ

Главная » Кристаллические материалы » Новости » Программируемый цемент для экологичного бетона

16 декабря 2016 г.

Наведение порядка в беспорядке является ключом к созданию более прочного и экологичного цемента, пасты, связывающей бетон. Ученые из Университета Райса расшифровали кинетические свойства цемента и разработали способ «программирования» микроскопических полукристаллических частиц внутри. Их процесс, описанный в статье

Этот метод может привести к более прочным конструкциям, требующим меньшего количества бетона, а чем меньше, тем лучше, говорит ученый-материаловед из Райса и ведущий автор Роузбех Шахсавари. Мировое производство более 3 миллиардов тонн бетона в год в настоящее время составляет 10% углекислого газа, парникового газа, выбрасываемого в атмосферу.

Путем обширных экспериментов Шахсавари и его коллеги расшифровали наномасштабные реакции — или «морфогенез» — кристаллизации в цементе на основе гидрата силиката кальция (C-S-H), который скрепляет бетон. Впервые они синтезировали частицы C-S-H в различных формах, включая кубы, прямоугольные призмы, дендриты, ядра-оболочки и ромбоэдры, и нанесли их на единую морфологическую диаграмму для производителей и строителей, которые хотят проектировать бетон снизу вверх. .

— Мы называем это программируемым цементом, — сказал он. «Большой прогресс в этой работе заключается в том, что это первый шаг в управлении кинетикой цемента для получения желаемой формы. Мы показываем, как можно контролировать морфологию и размер основных строительных блоков CSH, чтобы они могли самостоятельно собираться в микроструктуры. с гораздо большей плотностью упаковки по сравнению с обычными аморфными микроструктурами C-S-H».

Он сказал, что эта идея сродни самосборке металлических кристаллов и полимеров. «Это горячая зона, и исследователи этим пользуются», — сказал Шахсавари. «Но когда дело доходит до цемента и бетона, чрезвычайно сложно контролировать их сборку снизу вверх. Наша работа дает первый рецепт такого передового синтеза».0003

Предыдущие методы создания упорядоченных кристаллов C-S-H требовали высоких температур или давлений, длительного времени реакции и использования органических прекурсоров, но ни один из них не является эффективным или безвредным для окружающей среды, сказал Шахсавари.

Ученые Райса смогли создать кубы и прямоугольники правильной формы, добавив небольшое количество поверхностно-активных веществ с положительными или отрицательными ионами и силикат кальция в C-S-H и подвергнув смесь воздействию углекислого газа и ультразвука.

Когда образуются «семена» кальцита, они заставляют молекулы вокруг себя собираться в кубы, сферы и другие формы, которые на несколько порядков больше. По словам Шахсавари, они могут более плотно упаковываться в бетон, чем аморфные частицы. Тщательное регулирование концентрации предшественника, температуры и продолжительности реакции позволяет варьировать выход, размер и морфологию конечных частиц.

По словам Шахсавари, это открытие является важным шагом в конкретных исследованиях. Он основан на его работе в составе группы Массачусетского технологического института, расшифровавшей молекулярную «ДНК» цемента в 2009 году. «В настоящее время нет контроля над формой CSH», — сказал он. «Используемый сегодня бетон представляет собой аморфный коллоид со значительной пористостью, что влечет за собой снижение прочности и долговечности».

Бетон является одним из направлений деятельности лаборатории Шахсавари, которая изучала как его производство в макромасштабе, так и внутренние свойства в наномасштабе. Поскольку бетон является наиболее распространенным в мире строительным материалом и значительным источником атмосферного углекислого газа, он убежден в важности разработки «более экологичного» бетона.

Новый метод имеет несколько экологических преимуществ, сказал Шахсавари. «Во-первых, вам нужно меньше его (бетона), потому что он прочнее. Это связано с лучшей упаковкой кубических частиц, что приводит к более прочным микроструктурам. Во-вторых, он будет более прочным. нежелательные химические вещества находят путь через бетон, поэтому он лучше защищает стальную арматуру внутри».

Для проведения этого исследования команде сначала пришлось разработать метод проверки прочности микроскопических частиц бетона. Метод, который они придумали, использует наноиндентер с алмазным наконечником для измельчения отдельных частиц цемента с плоским краем.

Они запрограммировали индентор так, чтобы он перемещался от одной наночастицы к другой, дробя их по очереди, и собрали механические данные о сотнях частиц различной формы за один прогон. «Другие исследовательские группы тестировали объемный цемент и бетон, но ни одна группа никогда не исследовала механику отдельных частиц CSH и влияние формы на механику отдельных частиц», — сказал Шахсавари.

Он добавил, что стратегии, разработанные в ходе проекта, могут иметь последствия для других приложений, включая инженерию костной ткани, доставку лекарств и огнеупорные материалы, а также могут повлиять на такие сложные системы, как керамика и коллоиды.

Эта статья адаптирована из материалов Университета Райса с редакционными изменениями, внесенными Materials Today. Взгляды, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Elsevier. Ссылка на первоисточник.

Поделись этой новостью

Лицевые маски также могут защитить бетон

Исследователи разработали процесс изготовления тонких волокон из лицевых масок, которые могут помочь укрепить и защитить цементный бетон.