Daha Dayanıklı Yollar ve Şehirler İnşa Etmek İçin Akıllı Çimento İcat Edildi
Nanomalzemeleri geleneksel çimentoya dahil etmek, su ve kırılma direncini artırır. Doğanın güçleri, onları üretmeye başladığımızdan beri altyapımızı oluşturmak için kullandığımız malzemeleri zekasıyla geride bırakıyor. Buz ve kar, her yıl ana yolları moloz haline getirir; sağlam yapıya rağmen evlerin temelleri çatlar ve ufalanır.
Bu sorunu akıllı malzemelerle ele alan mühendisler, genellikle karbon miktarını artırarak malzemelerin işlevini geliştirir, ancak bunu yapmak malzemelerin mekanik performanslarını kaybetmesine neden olur. Araştırmacılar, nanoparçacıkları sıradan çimentoya sokarak daha akıllı, daha dayanıklı ve oldukça işlevsel bir çimento oluşturdular.
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.
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 “çalışmayı 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).
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Çimentodan Yapılan Pil Sayesinde Binalar Kendi Elektriğini Üretebilir
Çimentodan Yapılan Pil Sayesinde Binalar Kendi Elektriğini Üretebilir
/Daha Dayanıklı Yollar ve Şehirler İnşa Etmek İçin Akıllı Çimento İcat Edildi /