Un material din natură a inspirat inginerii să creeze un ciment de 17 ori mai rezistent
Natura se dovedește încă o dată o sursă de inspirație prețioasă când vine vorba de a crea materiale de construcții mai bune.
Sideful cu care este acoperit interiorul cochiliilor moluștelor a inspirat o echipă de ingineri de la Universitatea Princeton să dezvolte un tip de compozit de ciment de 17 ori mai rezistent la crăpături decât cimentul standard.
Un material foarte interesant din punct de vedere arhitectural, sideful este format din niște lamele hexagonale microscopice din aragonit (o formă de carbonat de calciu), care îi conferă rezistență, unite între ele de un biopolimer moale, un fel de adeziv organic, care îi asigură flexibilitate.
Echipa de la Departamentul de Inginerie Civilă și de Mediu din cadrul Universității Princeton și-a propus să vadă în ce măsură această structură poate fi replicată în materiale de construcție pentru a le face mai eficiente.
”Sinergia dintre componentele tari și cele moi este crucială pentru proprietățile mecanice remarcabile ale sidefului. Dacă putem crea beton care să reziste la propagarea crăpăturilor îl putem face mai rezistent, mai sigur și mai durabil”, spune Shashank Gupta, coautor al studiului publicat în Advanced Functional Materials.
Cimentul este principalul ingredient din componența betonului, care este responsabil pentru aproximativ 8% din emisiile globale de gaze cu efect de seră, iar un beton mai durabil și mai sigur poate contribui la reducerea acestui impact.
Folosind materiale de construcție convenționale precum pastă de ciment Portland combinată cu o cantitate de polimer, inginerii au creat mai multe mici grinzi stratificate, în unele dintre ele imitând structura sidefului, cu lamele hexagonale din pastă de ciment conectate de straturi de polimer. Aceste grinzi au fost comparate apoi cu o grindă din pastă de ciment turnată.
Experimentele au arătat că grinzile în care a fost reprodusă structura sidefului au prezentat o rezistență de 17 ori mai mare și o ductibilitate de 19 ori mai mare în comparație cu grinda de referință.
„Abordarea noastră inspirată din natură nu este să imităm pur și simplu microstructura naturii, ci să învățăm din principiile de bază și să le folosim pentru a influența ingineria materialelor create de om. Unul dintre mecanismele cheie care face învelișul de sidef rezistent este alunecarea lamelelor la nivel de nanometru. Cu alte cuvinte, proiectăm intenționat defecte în materialele fragile ca o modalitate de a le face mai rezistente prin design”, a adăugat Reza Moini, coautor al studiului.
Cercetătorii mai menționează că aceste concluzii se bazează pe condiții de laborator, fiind necesare cercetări suplimentare pentru a dezvolta tehnici care să poată fi utilizate pe teren.
Un alt demers în vederea reducerii amprentei de carbon a materialelor de construcție, despre care am vorbit recent, este metoda concepută de cercetătorii de la Universitatea din Cambridge pentru a produce beton la scară largă cu emisii reduse, pe baza unui proces ingenios de reciclare a cimentului din clădirile demolate: O metodă de reciclare a cimentului ar putea rezolva o mare problemă a industriei construcțiilor
