Dolar 9,3218
Euro 10,8357
Altın 529,53
BİST 1.418
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 16 °C
Sağanak Yağışlı

Daha Dayanıklı Yollar ve Şehirler İnşa Etmek İçin Yeni Akıllı Çimento İcat Edildi

06.07.2021
49
Daha Dayanıklı Yollar ve Şehirler İnşa Etmek İçin Yeni Akıllı Çimento İcat Edildi

Profesör Ange-Therese Akono, akıllı çimentosunun bir örneğini elinde tutuyor. Kredi: Northwestern Üniversitesi

Nanomalzemeleri geleneksel çimentoya dahil etmek, su ve kırılma direncini artırır.

Doğanın güçleri, altyapımızı inşa etmek için kullandığımız malzemeleri üretmeye başladığımızdan beri zekice geride bırakıyor. Buz ve kar, her yıl ana yolları moloz haline getirir; sağlam yapıya rağmen evlerin temelleri çatlar ve ufalanır. Kırılan beton parçalarının ürettiği tonlarca atığa ek olarak, her bir şerit-mil yol ABD’ye yılda yaklaşık 24.000 dolara mal oluyor iyi durumda tutmak için.

Bu sorunu akıllı malzemelerle ele alan mühendisler, genellikle karbon miktarını artırarak malzemelerin işlevini geliştirir, ancak bunu yapmak malzemelerin mekanik performanslarını kaybetmesine neden olur. Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, nanoparçacıkları sıradan çimentoya sokarak daha akıllı, daha dayanıklı ve oldukça işlevsel bir çimento oluşturdular.

Araştırma 21 Haziran 2021’de dergide yayınlandı. Royal Society A’nın Felsefi İşlemleri.

Çimento, dünya çapında en çok tüketilen malzeme ve çimento endüstrisinin insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının %8’inden sorumlu olmasıyla birlikte, inşaat ve çevre mühendisliği profesörü Ange-Therese Akono, bir çözüm aramak için nano takviyeli çimentoya döndü. Çalışmanın baş yazarı ve McCormick Mühendislik Okulu’nda yardımcı doçent olan Akono, nanomalzemelerin çimento kompozitlerinin karbon ayak izini azalttığını, ancak şimdiye kadar kırılma davranışı üzerindeki etkisi hakkında çok az şey bilindiğini söyledi.

Akono, “Bu uygulamadaki nanoparçacıkların rolü daha önce anlaşılmamıştı, bu yüzden bu büyük bir atılım” dedi. “Eğitim yoluyla bir kırılma mekaniği uzmanı olarak, kırılma tepkisini artırmak için çimento üretimini nasıl değiştireceğimi anlamak istedim.”

Büyük bir malzeme bloğu üzerine bir dizi ışık demetinin döküldüğü geleneksel kırılma testi, çok fazla zaman ve malzeme gerektirir ve nadiren yeni malzemelerin keşfedilmesine yol açar.

Akono’nun laboratuvarı, çizik testi adı verilen yenilikçi bir yöntem kullanarak, malzemenin özelliklerine ilişkin tahminleri çok kısa sürede verimli bir şekilde oluşturdu. Yöntem, mikroskobik çimento parçalarının yüzeyine artan dikey kuvvetle konik bir sonda uygulayarak kırılma tepkisini test eder. Doktora eğitimi sırasında yeni yöntemi geliştiren Akono. çalışmanın, daha az malzeme gerektirdiğini ve yenilerinin keşfedilmesini hızlandırdığını söyledi.

Akono, “Aynı anda birçok farklı malzemeye bakabildim” dedi. “Benim yöntemim doğrudan mikrometre ve nanometre ölçeklerinde uygulanıyor ve bu da önemli ölçüde zaman kazandırıyor. Ve buna dayanarak, malzemelerin nasıl davrandığını, nasıl çatladıklarını anlayabilir ve nihayetinde kırılmaya karşı dirençlerini tahmin edebiliriz.”

Çizik testleri yoluyla oluşturulan tahminler, mühendislerin daha büyük ölçekte performanslarını artıran malzemelerde değişiklik yapmalarına da olanak tanır. Kağıtta, akıllı malzemelerin oluşturulmasında hızla popülerlik kazanan bir malzeme olan grafen nanoplateletler, sıradan çimentonun kırılmaya karşı direncini artırmak için kullanıldı. Küçük bir miktar nanomalzemenin dahil edilmesinin, sırasıyla %76 ve %78’lik nispi azalmalar ile birlikte, gözenek yapısı ve su penetrasyon direnci dahil su taşıma özelliklerini iyileştirdiği gösterilmiştir.

Çalışmanın sonuçları, bina inşaatı, yol bakımı, sensör ve jeneratör optimizasyonu ve yapısal sağlık izleme dahil olmak üzere birçok alanı kapsamaktadır.

Birleşmiş Milletler, 2050 yılına kadar dünya nüfusunun üçte ikisinin şehirlerde yoğunlaşacağını tahmin ediyor. Kentleşme eğilimi göz önüne alındığında, çimento üretiminin hızla artması bekleniyor. Daha hafif, daha yüksek performanslı çimento kullanan yeşil betonun piyasaya sürülmesi, bakım programlarını uzatarak ve atıkları azaltarak toplam karbon ayak izini azaltacaktır.

Alternatif olarak, akıllı malzemeler şehirlerin artan nüfusun ihtiyaçlarını bağlantı, enerji ve çok işlevlilik açısından karşılamasını sağlar. Grafen nanoplateletler dahil olmak üzere karbon bazlı nanomalzemeler, yapısal sağlığın izlenmesi için akıllı çimento bazlı sensörlerin tasarımında halihazırda değerlendiriliyor.

Akono, hem kendi laboratuvarındaki makalenin takibi hem de araştırmasının başkalarını nasıl etkileyeceği konusunda heyecanlı olduğunu söyledi. Halihazırda yeni beton oluşturmak için inşaat atıklarını kullanmayı araştıran öneriler üzerinde çalışıyor ve çimentonun içerdiği nanomalzeme oranını artırarak “kağıdı daha ileri götürmeyi” düşünüyor.

Akono, “Uzun vadeli performansı anlamak gibi diğer özelliklere bakmak istiyorum” dedi. “Örneğin, karbon bazlı nanomalzemelerden yapılmış bir binanız varsa, 10, 20 hatta 40 yıl sonra direncini nasıl tahmin edebilirsiniz?”

“Bir ve iki boyutlu nano takviyeli çimentonun çizik testi yoluyla kırılma dayanıklılığı” çalışması, Ulusal Bilim Vakfı İnşaat, Mekanik ve İmalat İnovasyonu Bölümü tarafından desteklenmiştir (ödül numarası 18929101).

Akono, The Royal Society’nin Ekim ayındaki toplantısında, geçen yüzyıldaki kırılma mekaniğindeki büyük ilerlemeleri vurgulayacak olan “A Cracking Approach to Inventing Tough New Materials: Fracture Stranger Than Friction” başlıklı makale üzerine bir konuşma yapacak.

Referans: Ange-Therese Akono, 21 Haziran 2021, “Çizilme testi yoluyla bir ve iki boyutlu nano takviyeli çimentonun kırılma tokluğu”, Royal Society A’nın Felsefi İşlemleri.
DOI: 10.1098 / rsta.2020.0288

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.