Sari la conținut

Structura moleculara a cimentului a fost în cele din urma decodata

Trimis donpetru , sep 15 2010 12:33 | 3995 Vizualizari
- - - - -


În urma cu aproximativ 2000 de ani, în perioada Imperiului Roman, s-a creeat o formă naturală de ciment folosită la construirea unui sistem vast de apeducte şi alte edificii mari din beton. Acum, cercetătorii au analizat structura moleculară a materialelor naturale şi au creat noi materiale de constructii, cum ar fi oţelul, a cărui structură cristalină la scară atomică este foarte bine documentată.

Destul de ciudat, structura tridimensională cristalină a hidratului de ciment - pasta care dă formă si întăreşte rapid compoziţia atunci când cimentul este amestecat cu apă - a scăpat de încercările de decodare în urmă cercetărilor ştiinţifice, în ciuda faptului că, betonul armat este unul dintre materialele de contrucţii cele mai utilizate pe pământ, reprezentând punctul central al unei industrii de miliarde de dolari care se află sub presiunea elucidării acestui fapt.

Industria cimentului este responsabilă pentru aproximativ 5 la sută din totalul emisiilor de dioxid de carbon la nivel mondial, iar standardele privind emisiile noi, propuse de către Agenţia pentru Protecţia Mediului din SUA, ar putea împinge standardele din industria cimentului în curs de dezvoltare.

"Cimentul este atât de larg utilizat ca material de construcţie astfel încât nimeni nu are de gând să-l înlocuiască prea KKKKKKKKKând. Dar el are o problemă: dioxidul de carbon, astfel încăt, o înţelegere foarte amănunţită a acestui material ar putea lua foarte mult timp", a spus profesorul MIT Sidney Yip, co-autor la o lucrare publicată online în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Pe 7 septembrie anul curent, în cadrul acestei lucrări, s-a anunţat decodificarea structurii tridimensionale a unităţii de bază a hidratului de ciment de un grup de cercetători MIT: Liquid Stone.

"Credem ca această muncă reprezintă un prim pas spre un model consecvent a structurii moleculare a hidratului de ciment. Şi sperăm ca comunitatea ştiinţifică va lucra cu acest model", a spus Yip, profesor MIT în Departamentul de Ştiinţe Nucleare şi Inginerie (NSE). "În orice domeniu există descoperiri care ajută limitele de cercetare să progreseze. Un exemplu este descoperirea structurei de bază a AND-ului de către Watson şi Crick. Acest model structural aşează biologia pe un suport foarte solid".

Oamenii de stiinţă au crezut mult timp că, la nivel atomic, hidratul de ciment (sau hidratul de calciu-siliciu), seamănă îndeaproape cu minerale rare tobermorite, care au o geometrie ordonată formată din straturi infinit de lungi care constau din lanţuri de trei molecule de siliciu (numite tetrahedra dioxid de siliciu) intercalate cu straturi îngrijite de oxid de calciu.

Dar echipa de la MIT a constatat că hidratul de calciu-siliciu din ciment, nu este cu adevărat un cristal. Este un hibrid care are în comun anumite caracteristici, cu structuri cristaline şi unele cu structuri amorfe, de lichide îngheţate, cum ar fi: sticla sau gheaţa. La scară atomică, tobermoritele şi alte minerale asemenea, sunt compuse din modele geometrice stratificate cu layere Kilim, straturi orizontale de triunghiuri intercalate şi straturi de dungi colorate. În două dimensiuni, o unitate de hidrat de ciment este compusă din straturi de triunghiuri (tetrahedra siliciu) cu fiecare a treia, a şasea sau al noulea triunghi rasucit în sus sau în jos, pe axa orizontală, ajungând în stratul de oxid de calciu de mai sus sau de mai jos. Prin combinarea celor două unităţi iau nastere goluri, acoperite de molecule de apă, care odată evaporate, conferă cimentului proprietăţi durabile şi robuste.

Proprietăţile unei astfel de structuri se transmite de la scară atomică până la scară macro. Atunci când cimentul este supus unui stres, hidratul are flexibilitatea de a se întinde sau comprima între nişte limite bine definite, care o dată depăşite conduc la ruperea structuri. Pentru a îmbunătăţi rezistenţa la rupere a structuri de ciment, în orice construcţie, cimentul se utilizează împreuna cu fier beton, rezultând aşanumitul: beton.

“Întrucât apa slăbeşte materiale ca tobermorite-le, ea întăreşte hidratul de ciment. Acum, că avem un model molecular validat, putem manipula structurii chimice pentru a proiecta structuri rezistente la forţă şi factori de mediu, cum ar fi capacitatea de a rezista la o presiune sau temperatura mai mare", a spus Ulm.

CEE a vizitat profesorul Roland Pellenq, director de cercetare la Centrul Interdisciplinar de Nanoştiinţe, la Marsilia, care face parte din Centrul Naţional Francez de Cercetare Stiinţifică şi Universitatea din Marsilia. Aici, s-a pus la punct exact forma chimică şi structura CSH, utilizând modelarea atomistă pe 260 de co-procesoare şi a metodei statistice de simulare Monte Carlo.

Ca şi denumirea sa, simularea necesită ceva jocuri de noroc pentru a găsi răspunsul. Eliminaţi toate moleculele de apă de la unitatea de bază a tobermorite-lor, urmariţi colapsul geometric şi apoi introduceţi din nou moleculele de apă, de două ori şi aşa mai departe, scoateţi-le de fiecare dată pentru a putea remodela geometria cum ar trebui, în mod natural. După ce aţi adăugat a 104 molecula de apa, greutatea corecta atomică CSH a fost atinsă.

"Aceste rezultate reprezintă un punct de plecare în efectuarea experimentelor necesare pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice ale betonului. De exemplu, putem începe să înlocuim siliciu, în modelul nostru, cu alte materiale", a declarat Pellenq.

La această temă de cercetare au mai participat: Rouzbeh Shahsavari, Markus Buehler, Harold E., Krystyn van Vliet, Akihiro Kushima… Lucrarea de cercetare a fost finanţată de către un mare producător de ciment din Portugalia, Cimpor Corp, prin intermediul programului MIT-Portugalia.

Sursa: sciencedailly


0 Comentarii

SUPPORT WEBSITE

    Susțineți dezvoltarea acestui site web
Today's Birthday's

Last FAQ

  • ian 11 2013 08:57
    Izolatia externa reprezinta izolația părților exterioare ale unui echipament, constând din distanțe de separare în aer si din suprafețele în contact cu aerul ale izolației solide ale unui echipament, care sunt supuse la solicitări d...
  • mar 03 2013 04:16
    Este o retea electrică al cărei punct neutru nu are nici o legătură voită cu pământul, cu excepia celei realizate prin aparate de măsurare, de protecie sau de semnalizare, având o impedană foarte mare.
  • iul 01 2014 08:27
    Acest nivel de izolatie se defineste astfel:a) pentru echipamentele cu tensiunea cea mai ridicată < 245 kV:- tensiunea nominală de tinere la impuls de trăsnet si- tensiunea nominală de tinere de scurtă durată la frecvenă indu...
  • ian 11 2013 08:34
    Supratensiunile electrice tranzitorii sunt de trei tipuri:- supratensiune cu front lent: Supratensiune tranzitorie, în general unidirecțională, având durata până la vârf 20 μs < Tp < 5000 μs si durata spatelui T2 < 20 ms...
  • aug 07 2012 08:30
    Sitemele de achizitie de date se clasifica avand in vedere doua criterii:dupa conditiile de mediu in care lucreaza:▪ sisteme destinate unor medii favorabile(laborator);▪ sisteme destinate utilizarii in condii grele de lucru( echipam...

Latest News

Board Statistics

Total Posts:
71759
Total Topics:
6322
Total Members:
30323
Newest Member:
Sacha
Online At Once:
185 --- 22-ianuarie 18

103 utilizator(i) activ(i)(în ultimele 15 minute)

103 vizitatori, 0 utilizatori anonimi
Bing, Google

emil.matei.ro Cel mai cuprinzator director romanesc