Акция
Блог
Процитировать
Печать
Электронная почта
ЗакладкаНаука Каждый День (Sep. 12, 2009) — За эти приблизительно 2 000 лет, так как Римская империя использовала естественную форму цемента, чтобы построить обширную систему конкретных акведуков и другие большие здания, исследователи проанализировали молекулярную структуру естественных материалов и создали полностью новые строительные материалы, такие как сталь, у которой есть хорошо зарегистрированная прозрачная структура в уровне атомов.
- Наука Материалов
- Органическая Химия
- Гражданское строительство
- Происхождение Жизни
- Ранний Климат
- Окаменелости
- Бетон
- Пемза
- Двуокись серы
- Постройка
Достаточно странно, трехмерная прозрачная структура цементного гидрата - паста, которая формируется и быстро укрепляется, когда цементный порошок смешан с водой - уклонилась от научных попыток расшифровки, несмотря на то, что бетон - самый распространенный искусственный материал по земле и центру многомиллиардной промышленности, которая находится под давлением, чтобы взяться за ум. Изготовление цемента ответственно приблизительно за 5 процентов всех выделений углекислого газа во всем мире, и новые стандарты эмиссии, предложенные американским Управлением по охране окружающей среды, могли выдвинуть цементную промышленность развивающимся странам.
"Цемент так широко используется как строительный материал, что никто не собирается заменить его в любое время скоро. Но у этого есть проблема углекислого газа, таким образом основное понимание этого материала могло быть очень своевременным," сказал Профессор Массачуссетского технологического института Сидни Иип, соавтор бумаги издал онлайн на Слушаниях Национальной Академии Наук (PNAS) в течение недели от 7 сентября, которая объявляет о расшифровке трехмерной структуры основной единицы цементного гидрата группой исследователей Массачуссетского технологического института, которые приняли название команды Жидкого Камня.
"Мы полагаем, что эта работа - первый шаг к последовательной модели молекулярной структуры цементного гидрата, и мы надеемся, что научное сообщество будет работать с этим," сказал Выкрик, кто находится в Отделе Массачуссетского технологического института Ядерной Науки и Разработки (NSE). "В каждой области есть прорывы, которые помогают границе исследования продвижение. Один пример - Уотсон и открытие Растяжения мышц базовой структуры ДНК. Та структурная модель помещала биологию в очень звуковую опору."
Ученые долго полагали, что на атомном уровне, цементируйте гидрат (или гидрат кварца-кальция) близко напоминает редкий минерал tobermorite, у которого есть заказанная геометрия, состоящая из слоев бесконечно длинных цепей трехруких молекул кварца (названный кварцем tetrahedra) вкрапленный опрятными слоями негашёной извести.
Но команда Массачуссетского технологического института нашла, что гидрат кварца-кальция в цементе не действительно кристалл. Это - гибрид, который разделяет некоторые особенности с прозрачными структурами и некоторых с аморфной структурой замороженных жидкостей, такими как стакан или лед.
В уровне атомов tobermorite и других полезных ископаемых напоминают регулярные, слоистые геометрические образцы kilim ковриков, с горизонтальными слоями треугольников, вкрапленных слоями цветных полос. Но двумерный взгляд на единицу цементного гидрата показал бы слои треугольников (кварц tetrahedra) с каждым третьим, шестым или девятым поднятым треугольником или вниз вдоль горизонтальной оси, достигая слоя негашёной извести выше или ниже.
И это находится в этих грязных областях - где перерывы в кварце tetrahedra создают маленькие пустоты в соответствующих слоях негашёной извести - что молекулы воды свойствены, давая цемент ее здравое качество. Те бывшие "недостатки" в иначе регулярной геометрической структуре обеспечивают, некоторые дают строительному материалу в уровне атомов, который переходит до макро-масштаба. В стрессовых ситуациях, у цементного гидрата есть гибкость, чтобы протянуть или сжать только немного, вместо моментального снимка.
"Мы знали в течение нескольких лет, что в масштабе nano, цементируйте пакет гидратов вместе сильно как апельсины в пирамиде бакалейщика. Теперь, мы наконец были в состоянии смотреть в апельсине, чтобы найти его фундаментальную подпись. Я называю это ДНК бетона," сказал Франц-Йозеф Улм, Профессор Macomber в Отделе Гражданской и Экологической Разработки (CEE), соавтора бумаги. "Принимая во внимание, что вода ослабляет материал как tobermorite или jennite, это усиливает цементный гидрат. 'Беспорядок' или сложность его химии создают heterogenic, здравую структуру.
"Теперь, когда у нас есть утвержденная молекулярная модель, мы можем управлять химической структурой, чтобы проектировать бетон для силы и экологических качеств, таких как способность противостоять более высокому давлению или температуре," сказал Ульм.
CEE Посещение Профессора Роланда Пелленка, директора исследования в Междисциплинарном Центре Нанонаук в Марселе, который является частью французского Национального Центра Научного исследования и университета Марселя, придавил точную химическую форму и структуру C-S-H использование атомистического моделирования на 260 копроцессорах и статистическом методе, названном великим каноническим моделированием Монте Карло.
Как его имя, моделирование требует, чтобы немного азартной игры нашло ответ. Pellenq сначала удалил все молекулы воды из основной единицы tobermorite, наблюдал крах геометрии, затем возвратил молекулы воды отдельно, тогда вдвойне и так далее, удаляя их каждый раз, чтобы позволить геометрии изменяться, поскольку это будет естественно. После того, как он добавил 104-ую молекулу воды, правильный атомный вес C-S-H был достигнут, и Пелленк знал, что у него была точная модель для геометрической структуры основной единицы цементного гидрата.
Команда тогда использовала ту атомистическую модель, чтобы выполнить шесть тестов, которые утверждали ее точность.
"Это дает нам отправную точку для экспериментов, чтобы улучшить механические свойства и длительность бетона. Например, мы можем теперь начать заменять кварц в нашей модели с другими материалами," сказал Пелленк.
Другие участники команды - аспирант Рузбех Шэхсэвэри CEE и Маркус Буехлер, Адъюнкт - профессор Развития Карьеры Эстер и Гарольда Э. Эдджертона Массачуссетского технологического института Гражданской и Экологической Разработки; Кристин Ван Влит, Адъюнкт - профессор Бога Томаса Массачуссетского технологического института Науки Материалов и Разработки; и NSE постдокторский партнер Акихиро Кушима.
Это исследование финансировалось португальским цементным изготовителем, Корпорацией Cimpor, позволенной через Программу Массачуссетского-технологического-института-Португалии.
Источник Истории:
Приспособленный от материалов, обеспеченных Массачусетским технологическим институтом, Отделом Гражданской и Экологической Разработки. Оригинальная статья, написанная Denise Brehm, Civil & Environmental Engineering.
Отметьте: Если никакому автору не дают, источник процитирован вместо этого.
увеличить
Новые Эксперименты На Цементных Результатах Бетона
Урожая 
Бетон Nanoengineered Мог
Сократить Выделения углекислого газа 
Биологически активный Цементный Эшафот Может Улучшить
Костные трансплантаты 
'Зеленые' Результаты Исследования В Новой Конкретной
Технологии Geopolymer 
Инженеры, Развивающие Жилеты Доказательства Пули От
Цемента 
Бетон Ползает Замедленный: Работа Прокладывает Путь Для
Легкого веса, Значительно Более длительной Инфраструктуры 