Forskare från North Carolina State University har, för första gången, använde en "mikropillär kompressionsteknik" för att karakterisera cementens mikroskaliga styrka, möjliggör utveckling av cement med önskvärda hållfasthetsegenskaper för anläggningstillämpningar.

"Informationen som samlas in med denna teknik kan användas för att bättre förstå beteendet hos betong när den misslyckas, samt tillhandahålla nyckeldata för "konstitutiva" modeller som används för att designa och bestämma säkerheten för storskaliga anläggningskonstruktioner, " säger Rahnuma Shahrin, en civilingenjör Ph.D. student vid NC State och huvudförfattare till ett papper om verket.

"Forskningsresultaten kommer att leda till betydande effekter i studien av fel på material som innehåller cement, " säger Shahrin. "Produktionen, transport och användning av betong står för mellan 5 och 9 procent av de totala koldioxidutsläppen världen över. Kunskapen från denna studie kan appliceras mot utveckling av starkare, mer hållbara material för civil infrastruktur, minska förbrukningen av naturresurser och produktionen av CO2."

Cement används för att tillverka betong, ett av de mest använda byggmaterialen i världen. Cementets tryckhållfasthet är en primär faktor för att bestämma hur mycket belastning betong kan bära - en kritisk faktor för anläggningsprojekt. Ingenjörer har länge vetat att cement får sin styrka från en ingrediens som kallas kalciumsilikathydrat (C-S-H) - den primära produkten som bildas när cementpulver blandas med vatten. Forskare, dock, har inte kunnat mäta tryckhållfastheten hos C-S-H i ett cementprov - provstorlekarna som behövs för att isolera och testa C-S-H-komponenterna är för små för att tillverkas med konventionella provberedningsmetoder.

För att möta denna utmaning, forskarna vände sig till en teknik som används inom materialvetenskap som kallas mikropelarkompression. Används normalt på kristallina material, mikropelarkompression använder mycket små prover för att bestämma tryckhållfastheten hos ett material.

Eftersom cement är ett heterogent material, består av flera komponenter, Shahrin använde en svepelektronmikroskopi/röntgenteknik för att hitta de områden i cementprover som hade det högsta förhållandet av C-S-H i förhållande till andra ingående material.

När C-S-H-ställena väl identifierats, de maldes till cylindrar med 2 mikrometer breda och 4 mikrometer i höjd. Dessa prover kan sedan utsättas för mikropillar -komprimering.

"Det finns många sätt att tillverka cement, och den kan göras med olika beståndsdelar i olika förhållanden, "Säger Shahrin." Vi har visat att mikropillar-tekniken kan användas för att ge oss exakta mått på C-S-H-tryckhållfasthet i dessa olika typer av blandningar. Denna information kan användas för att hjälpa oss förstå hur olika processer, och de beståndsdelar som tillsätts under cementframställning, kan påverka cementens hållfasthet. Det är i grunden ett verktyg som kan användas för att utveckla bättre, starkare cement."