Акция
Блог
Процитировать
Печать
Электронная почта
ЗакладкаНаука Каждый День (2 февраля 2007) — В то время как правительственные лидеры спорят о практичности сокращения мировой эмиссии углекислого газа, ученых и инженеров, ищут способы заставить это случиться.
- Нанотехнология
- Наука Материалов
- Постройка
- Глобальное потепление
- Качество воздуха
- Климат
- Бетон
- Автомобильный контроль за эмиссией
- Предел прочности
- Пемза
Одна группа инженеров в Массачуссетском технологическом институте решила сосредоточить свою работу над nanostructure бетона, наиболее широко используемого материала в мире. Производство цемента, первичный компонент бетона, составляет 5 - 10 процентов полных выделений углекислого газа в мире; процесс - важный вкладчик к глобальному потеплению.
В январской проблеме Журнала Механики и Физики Твердых частиц, команда сообщает, что источник силы бетона и длительности лежит в организации ее nanoparticles. Открытие могло однажды привести к главному сокращению выделений углекислого газа во время производства.
"Если все зависит от организационной структуры nanoparticles, которые составляют бетон, а не на материале непосредственно, мы можем очевидно заменить это материалом, который имеет другую силу особенностей бетона, длительность, массовую пригодность и низкую цену - но не выпускает так много CO2 в атмосферу во время изготовления," сказал Франц-Йозеф Улм, Профессор Эстер и Гарольда Э. Эдджертона Гражданской и Экологической Разработки.
Работа также показывает, что у исследования очень общих материалов в масштабе nano есть большой потенциал для того, чтобы улучшить материалы способами, которыми мы, возможно, не забеременели. Ульм именует эту работу как "идентификацию кодекса geogenomic материалов, проекта nanomechanical поведения материала."
Цемент произведен по курсу 2.35 миллиардов тонн ежегодно, достаточно чтобы произвести 1 кубический метр бетона для каждого человека в мире. Если бы инженеры могут уменьшить выделения углекислого газа в цементном производстве в мире на даже 10 процентов, которые достигли бы одной пятой цели Протокола Киото сокращения на 5.2 процентов полных выделений углекислого газа.
Ульм считает это очень реальной возможностью.
Он и Georgios Constantinides, постдокторский исследователь в науке материалов и разработке, изучили поведение nanostructure цемента. Они нашли, что на nano уровне, цементные частицы организуют естественно в наиболее плотно упакованную структуру, возможную для сферических объектов, который подобен в форме пирамиды груде апельсинов.
Цемент, самый старый спроектированный строительный материал, относясь ко времени Римской империи, начинается как известняк и глина, которые сокрушены к порошку и нагреты к очень высокой температуре (1500 градусов Цельсия) в печи. В этой высокой температуре минерал подвергается преобразованию, храня энергию в порошке. Когда порошок смешан с водой, энергия выпущена в химические облигации, чтобы сформировать элементарный стандартный блок цемента, гидрат силиката-кальция (C-S-H). На микро уровне C-S-H действует как клей, чтобы связать песок и гравий, чтобы создать бетон. Большинство выделений углекислого газа в этом следствии производственного процесса нагревания печи к температуре достаточно высоко, чтобы передать энергию в порошок.
Ульм и Constantinides собрали широкий диапазон цементных паст со всего мира, и, используя новую технику nano-углубления, тыкающуюся, и подталкивали укрепленную цементную пасту с nano-размерной иглой. Атомный микроскоп силы позволил им видеть nanostructure и судить силу каждой пасты, измеряя углубления, созданные иглой, техника, которая использовалась прежде на homogenous материалах, но не на гетерогенном материале как цемент.
К их удивлению они обнаружили, что поведение C-S-H во всех различных цементных пастах последовательно показывает уникальный nanosignature, который они называют геномным кодексом материала. Это указывает, что сила цементной пасты, и таким образом бетона, не лежит в определенном минерале, но в организации того минерала как упаковано nanoparticles.
Частицы C-S-H (каждый приблизительно пять миллимикронов, или биллионные части метра, в диаметре) имеют только два упаковывающих вещи удельных веса, один для частиц, помещенных беспорядочно, говорят в коробке, и другом для сложенных симметрично в форме пирамиды (как груда бакалейщика фруктов). Они соответствуют точно математически доказанным самым высоким упаковочным удельным весам, позволенным по своей природе для сферических объектов: 63 и 74 процента, соответственно. Другими словами, исследование Массачуссетского технологического института показывает, что материалы упаковывают вещи так же даже в масштабе nano.
"Строительная промышленность полагается в большой степени на эмпирические данные, но физика и структура цемента не были хорошо поняты," сказал Констэнтинайдс. "Теперь, когда оборудование nano-углубления становится более широко доступным - в конце 1990-ых, было только четыре или пять машин в мире и теперь есть пять в одном только Массачуссетском технологическом институте - мы можем пойти от изучения механики структур к механике материала в этот очень мелкомасштабный."
Если исследователи могут найти - или nanoengineer-a различный минерал использовать в цементной пасте, тот, который имеет ту же самую упаковочную плотность, но не требует высоких температур во время производства, они могли очевидно сократить мировые выделения углекислого газа на 10 процентов.
Этот аспект работы только начинается. Ульм оценивает, что он займет приблизительно пять лет, и говорит, что он теперь смотрит на магний как на возможную замену для кальция в цементном порошке. "Магний - земной металл, как кальций, но это - ненужный материал, который люди должны заплатить, чтобы избавиться," сказал он.
Он недавно сформировал исследовательскую группу с коллегами в физике, науке материалов и ядерной разработке, чтобы выполнить атомистические моделирования, беря работу шаг глубже в структуру этого вездесущего материала.
Исследование финансировалось частично Группой Lafarge.
Источник Истории:
Приспособленный от материалов, обеспеченных Массачусетским технологическим институтом, через EurekAlert!, обслуживание AAAS.
Отметьте: Если никакому автору не дают, источник процитирован вместо этого.
Работа На Железную дорогу? Используя Бетон Мог Помочь
Окружающей среде 
Как Тело - Углеродистый След Бетона?
'Зеленые' Результаты Исследования В Новой Конкретной
Технологии Geopolymer 
Бортовая Фракция имеет Антропогенное Увеличение
Углекислого газа? 
Предсказания Глобального потепления Завышены, Предлагает
Исследование Черного Углерода 