Oglądanie suchego cementu

Kiedy po raz pierwszy usłyszał kolegę opowiadającego o badaniach nad cementem, Ronald Berliner, fizyk jądrowy z University of Missouri-Columbia, powiedział, z przerażeniem uświadomiłem sobie, że nie mam pojęcia, czym jest cement. Cztery lata później Berliner dużo wie o cemencie; w rzeczywistości przesuwa granice tego, co wiemy o tej wszechobecnej, ale mało zrozumiałej substancji, która ma kluczowe znaczenie w produkcji betonu – najpopularniejszego materiału przemysłowego na świecie.

Cement to złożona mieszanina; Cement portlandzki (typ powszechnie stosowany w budownictwie) składa się głównie z krzemianów i glinianów, z dodatkiem sodu, potasu, siarki, żelaza i magnezji. Naukowcy od dawna wiedzą, że składniki łączą się z wodą, tworząc hydraty, które wiążą piasek i kamień w beton. Jednak rygorystyczne chemiczne zrozumienie tego procesu okazało się nieuchwytne, ponieważ większość metod analitycznych nie działa na mokrym cemencie.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Szczególnie tajemnicza jest trwająca od 6 do 8 godzin faza spoczynku pomiędzy początkowym krótkim okresem gwałtownej reakcji, gdy do mieszanki betonowej po raz pierwszy dodawana jest woda, a późniejszym okresem szybkiego twardnienia. Berliner wykorzystuje quasieelastyczne rozpraszanie neutronów do zerowania kluczowego aspektu fazy uśpionej: reakcji krzemianu trójwapniowego (głównego związku w mieszaninie cementowej) z wodą. Jego praca ujawnia, że ​​po dodaniu wody do cementu wokół każdego ziarna cementu tworzy się skorupa. Następnie cząsteczki wody potrzebują coraz więcej czasu na dyfuzję do suchego cementu wewnątrz. Ten powolny proces dyfuzji odpowiada za tajemniczą fazę uśpienia.

Berliner ma nadzieję, że wiedza o tym, w jaki sposób łączą się cząsteczki krzemianu trójwapniowego i wody, doprowadzi do optymalizacji reakcji, dając mocniejszy i trwalszy beton. A nawet drobne ulepszenia mogą przynieść ogromne oszczędności, ponieważ każdego roku na całym świecie produkuje się tyle betonu – 350 milionów ton metrycznych.

Co więcej, poprawa wytrzymałości betonu może zmniejszyć objętość wymaganą w konstrukcjach, co byłoby dobrą wiadomością dla środowiska. Produkcja cementu jest głównym winowajcą globalnego ocieplenia; Szacuje się, że 10 procent gazów cieplarnianych generowanych przez działalność człowieka powstaje podczas produkcji cementu, która również wykorzystuje około 3 procent mocy wytwórczych w USA.

Berliner wykorzystuje teraz techniki rozpraszania neutronów, aby zaatakować betonową plagę, która powoduje szybkie niszczenie wielu dróg i mostów. Znalezienie lekarstwa sprawiłoby, że obserwowanie wysychania cementu byłoby o wiele bardziej interesujące, niż mogłoby się początkowo wydawać.

ukryć