De verouderde infrastructuur van het land vereist enorme investeringen. De American Society of Civil Engineers schat dat de VS tegen 2025 zo'n 4,5 biljoen dollar moeten uitgeven om de wegen in het land te repareren. bruggen, dammen en andere infrastructuur.

Stel je voor dat ingenieurs constructies zouden kunnen bouwen met materialen die na verloop van tijd niet verslechteren. Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Irvine heeft een nieuwe simulatietechniek voorgesteld die ingenieurs daarbij zou kunnen helpen.

Mohammad Javad Abdolhosseini Qomi, assistent-professor civiele en milieutechniek, en afgestudeerde ingenieursstudent Ali Morshedifard hebben een numerieke methode ontwikkeld om het moleculaire verouderingsproces in amorfe materialen te simuleren, zoals beton en glas. Deze techniek kan onderzoekers niet alleen helpen beter te begrijpen hoe materialen met de jaren verzwakken, maar ontwikkel ook materialen die hun sterkte voor onbepaalde tijd behouden. Hun werk verschijnt deze week in Natuurcommunicatie .

Volgens de onderzoekers is veroudering vindt zijn oorsprong op atomair en moleculair niveau. Door deze minuscule schaal, het is bijna onmogelijk om microscopische veranderingen over lange perioden te volgen. "Bij computersimulatie van materialen, je zou een quadriljoen tijdstappen moeten simuleren om slechts één seconde gedrag vast te leggen. Dat zou ons niet eens in de buurt brengen van de tijdschalen die relevant zijn voor verouderingsverschijnselen, die in de orde van jaren en decennia zijn, " legt Qomi uit.

In hun incrementele stress-marstechniek, Qomi en zijn afgestudeerde student onderwerpen de moleculaire structuur van het materiaal aan cyclische spanningsfluctuaties, en volg dan de reactie van het materiaal op dergelijke verstoringen. "Gehydrateerd cement is samengesteld uit schijfachtige bolletjes op nanoschaal. We ontdekten bij toeval dat deze bolletjes geleidelijk vervormen onder aanhoudende belasting, maar de vervorming stopt na een bepaalde periode. We vonden ook dat het collectieve gedrag van bolletjes aanleiding geeft tot een niet-asymptotische vervorming, waarvan wij denken dat ze de oorzaak zijn van kruip in cementachtige materialen. Het was fascinerend om de atomaire oorsprong van visco-elastische en logaritmische vervorming onder constante spanning te zien, " zei Morshedifard, hoofdauteur van de krant.

Qomi en zijn onderzoeksteam zijn van plan deze nieuwe techniek toe te passen om de relatie tussen de samenstelling en textuur van structurele materialen en hun tijdsafhankelijke gedrag te onderzoeken.

"De Federal Highway Administration besteedt meer dan $ 80 miljard per jaar om bruggen te repareren die verslechteren als gevolg van verouderingsverschijnselen, "Vervolgde Qomi. "Begrijpen hoe structurele materialen verouderen, is de allereerste stap in de richting van het ontwerpen van materialen met een verminderde veroudering die de belastingbetaler mogelijk geld kunnen besparen."