Nyt materiale kan være svaret på infrastrukturproblemer

I begyndelsen af ​​1990'erne, Victor Li, professor i civil- og miljøteknik ved University of Michigan, udviklet konstruerede cementholdige kompositter, også kendt som duktil eller bøjelig beton. Mere end 20 år senere, forskere ved LSU er tæt på at bringe dette materiale til masseadoption, producerer en omkostningseffektiv ECC, der bruger let tilgængelige ingredienser. Desuden, gennem test til dato, det har vist sig langt overlegent i forhold til traditionel beton og kunne i høj grad forbedre transportinfrastrukturen i denne region.

"Sammenlignet med typisk beton, vores omkostningseffektive ECC-materiale har omkring 300 gange større deformationskapacitet, mere end to gange bøjningsstyrken, og en højere trykstyrke, " sagde Gabriel Arce, en senior research associate i LSU's Bert S. Turner Department of Construction Management og hovedefterforsker på LSU ECC-projektet. "Omkostningerne ved vores materiale er cirka 2,5 gange så meget som almindelig beton; typiske ECC-omkostninger kan være mere end fire gange højere end almindelig beton.

"Imidlertid, når man medregner muligheden for at bygge fortove i den halve tykkelse og den øgede byggeproduktivitet på grund af evnen til at bygge fortove uden samlinger, prisen på fortove med vores ECC-materiale bør være sammenlignelig med traditionel beton. ECC har potentialet til at give [Louisiana] mere holdbare og pålidelige betonbelægninger, der kan afbøde nødvendigheden af ​​tilbagevendende reparationer, sparer [offentligheden] tid og penge."

Den nye og forbedrede ECC har været mere end et år undervejs. Efter endt uddannelse med sin ph.d. fra LSU, Arce indsendte sit forslag til projektet, "Evaluering af ydeevnen og omkostningseffektiviteten af ​​konstruerede cementholdige kompositter (ECC) produceret fra region 6 lokale materialer" til Transportation Consortium of South-Central States, eller Trans-SET.

Trans-SET er et samarbejdspartnerskab mellem ni store institutioner og to community colleges, ledet af LSU, og etableret for at imødegå den accelererede forringelse af transportinfrastruktur gennem "avancerede teknologier, nye materialer, og innovative byggeledelsesprocesser." Dets medlemmer er LSU, Arkansas State University, Baton Rouge Community College, Navajo Tekniske Universitet, New Mexico State University, Oklahoma State University, Prairie View A&M University, Texas A&M University, University of New Mexico, University of Texas i Arlington, og University of Texas i San Antonio.

Trans-SET finansierede projektet og testning begyndte på fire forskellige typer sand; to typer genbrugte krumme gummimaterialer; fem forskellige typer fiber; og tre forskellige typer flyveaske, som er et biprodukt fra kulforbrænding og kan udnyttes til delvist at erstatte cement i betonmaterialer. Når holdet besluttede sig for råvarerne, flere ECC-blandinger blev evalueret for trykstyrke, trækstyrke, deformationskapacitet, bøjningsevne, bearbejdelighed, og krakelerende ydeevne. Disse blev forfinet baseret på testresultater og evalueret yderligere.

Til sidst, Arce og hans team besluttede sig for følgende ingredienser:

• En type PVA-fiber, der er let tilgængelig på det amerikanske marked. Den har ikke den oliebelægning, der typisk bruges i PVA-fibre til ECC-påføring, men det reducerer omkostningerne betydeligt og øger det praktiske. De var også i stand til at reducere fiberindholdet med 25 procent, mens de stadig producerer et duktilt materiale.
• Lokalt tilgængeligt fint flodsand fra Mississippi-floden. Sandet er fint nok til at kunne implanteres i ECC-materialer og er en erstatning for det dyre og svært tilgængelige mikrosilicasand, der normalt bruges.
• Lokalt tilgængelig flyveaske, som erstattede op til 75 procent af den anvendte cement i ECC-blandingen.

"Vi var i stand til at skræddersy den cementholdige blanding og grænsefladen mellem fibrene og den cementholdige matrix på en sådan måde, at der var mulighed for en duktil opførsel af betonen, " sagde Arce. "Med mere enkle vendinger, formlen bruger de rigtige materialer i de rigtige proportioner."

I de kommende måneder, Arce og teamet vil videreudvikle deres arbejde med et projekt på Louisiana Transportation Research Center Pavement Research Facility. der, de vil bygge en 210 fod lang sektion af ECC-fortov og bruge LTRC PRF's 65 fod lange Accelerated Transportation Loading System, eller ATLas 30, at simulere lastbillæsning til belægningstest. ATLaS 30-udstyret er i stand til at komprimere mange års vejslid til et par måneders test for at opnå ydeevnedata på ECC-materialet.