Onderzoekers van de North Carolina State University hebben, Voor de eerste keer, een "micropillar-compressie" -techniek gebruikt om de microschaalsterkte van cement te karakteriseren, waardoor de ontwikkeling van cement met gewenste sterkte-eigenschappen voor civieltechnische toepassingen mogelijk is.

"De informatie die met behulp van deze techniek wordt verzameld, kan worden gebruikt om het gedrag van beton beter te begrijpen wanneer het faalt, evenals het leveren van kerngegevens voor 'constitutieve' modellen die worden gebruikt voor het ontwerpen en bepalen van de veiligheid van grootschalige civieltechnische constructies, " zegt Rahnuma Shahrin, een civiele techniek Ph.D. student bij NC State en hoofdauteur van een paper over het werk.

"De onderzoeksresultaten zullen leiden tot significante effecten in de studie van het falen van materialen die cement bevatten, "zegt Shahrin. "De productie, transport en gebruik van beton is verantwoordelijk voor 5 tot 9 procent van de totale CO2-uitstoot wereldwijd. De kennis uit dit onderzoek kan worden toegepast op de ontwikkeling van sterkere, duurzamere materialen voor civiele infrastructuur, vermindering van het verbruik van natuurlijke hulpbronnen en de productie van CO2."

Cement wordt gebruikt om beton te maken, een van de meest gebruikte bouwmaterialen ter wereld. De druksterkte van cement is een primaire factor bij het bepalen hoeveel belasting beton kan dragen - een kritische overweging voor civieltechnische projecten. Ingenieurs weten al lang dat cement zijn kracht ontleent aan een ingrediënt dat calciumsilicaathydraat (C-S-H) wordt genoemd - het primaire product dat wordt gevormd wanneer cementpoeder wordt gemengd met water. onderzoekers, echter, hebben de druksterkte van de C-S-H in een cementmonster niet kunnen meten - de monstergroottes die nodig zijn voor het isoleren en testen van de C-S-H-componenten zijn te klein om te fabriceren met conventionele monstervoorbereidingsmethoden.

Om deze uitdaging aan te gaan, de onderzoekers wendden zich tot een techniek die wordt gebruikt in de materiaalwetenschap, micropillar-compressie genaamd. Normaal gebruikt op kristallijne materialen, micropijlercompressie gebruikt zeer kleine monsters om de druksterkte van een materiaal te bepalen.

Omdat cement een heterogeen materiaal is, opgebouwd uit meerdere componenten, Shahrin gebruikte een scanning-elektronenmicroscopie/röntgentechniek om de gebieden in cementmonsters te vinden met de hoogste verhouding CSH ten opzichte van andere samenstellende materialen.

Nadat de CSH-sites waren geïdentificeerd, ze werden gefreesd tot cilinders van 2 micrometer breed en 4 micrometer hoog. Deze monsters kunnen vervolgens worden onderworpen aan micropillar-compressie.

"Er zijn veel manieren om cement te maken, en het kan worden gemaakt met verschillende bestanddelen in verschillende verhoudingen, "zegt Shahrin. "We hebben aangetoond dat de micropijlertechniek kan worden gebruikt om ons nauwkeurige metingen te geven van de CSH-druksterkte in deze verschillende soorten mengsels. Deze informatie kan worden gebruikt om ons te helpen begrijpen hoe verschillende processen, en de bestanddelen die tijdens de cementproductie worden toegevoegd, kan de sterkte van het cement beïnvloeden. Het is in feite een hulpmiddel dat kan worden gebruikt om beter te ontwikkelen, sterker cement."