Teknik tilbyder fremskridt inden for testning af cements trykstyrke i mikroskala

Forskere fra North Carolina State University har, for første gang, brugt en "mikropillær kompression"-teknik til at karakterisere cementens mikroskalastyrke, muliggør udvikling af cement med ønskelige styrkeegenskaber til civilingeniørapplikationer.

"Informationen indsamlet ved hjælp af denne teknik kan bruges til bedre at forstå betonens adfærd, når den fejler, samt at levere nøgledata til "konstitutive" modeller, der bruges til at designe og bestemme sikkerheden af ​​storstilede anlægskonstruktioner, " siger Rahnuma Shahrin, en civilingeniør Ph.D. studerende ved NC State og hovedforfatter på et papir om arbejdet.

"Forskningsresultaterne vil føre til betydelige konsekvenser i undersøgelsen af ​​svigt af materialer, der indeholder cement, " siger Shahrin. "Produktionen, transport og brug af beton står for mellem 5 og 9 procent af den samlede kuldioxidemission på verdensplan. Viden fra denne undersøgelse kan anvendes til udvikling af stærkere, mere bæredygtige materialer til civil infrastruktur, reduktion af forbrug af naturressourcer og produktion af CO2."

Cement bruges til at lave beton, et af de mest udbredte byggematerialer i verden. Cementens trykstyrke er en primær faktor til at bestemme, hvor meget belastning beton kan bære - en kritisk overvejelse for anlægsprojekter. Ingeniører har længe vidst, at cement får sin styrke fra en ingrediens kaldet calciumsilikathydrat (C-S-H) - det primære produkt, der dannes, når cementpulver blandes med vand. Forskere, imidlertid, har ikke været i stand til at måle trykstyrken af ​​C-S-H i en cementprøve - de prøvestørrelser, der er nødvendige for at isolere og teste C-S-H-komponenterne, er for små til at fremstille ved konventionelle prøveforberedelsesmetoder.

For at løse denne udfordring, forskerne vendte sig mod en teknik, der bruges i materialevidenskab, kaldet mikrosøjlekompression. Anvendes normalt på krystallinske materialer, mikropillar kompression bruger meget små prøver til at bestemme trykstyrken af ​​et materiale.

Fordi cement er et heterogent materiale, består af flere komponenter, Shahrin brugte en scanningselektronmikroskopi/røntgenteknik til at finde de områder i cementprøver, der havde det højeste forhold mellem C-S-H i forhold til andre bestanddele af materialer.

Når først C-S-H-stederne var identificeret, de blev fræset til cylindre med en bredde på 2 mikrometer og en højde på 4 mikrometer. Disse prøver kunne derefter udsættes for mikrosøjlekomprimering.

"Der er mange måder at lave cement på, og det kan laves med forskellige bestanddele i forskellige forhold, " siger Shahrin. "Vi har vist, at mikrosøjleteknikken kan bruges til at give os præcise mål for C-S-H trykstyrke i disse forskellige typer blandinger. Disse oplysninger kan bruges til at hjælpe os med at forstå, hvordan forskellige processer, og de bestanddele, der tilsættes under cementproduktion, kan påvirke cementens styrke. Det er dybest set et værktøj, der kan bruges til at udvikle bedre, stærkere cement."