Наука 29 января 2024

Прочность цемента повысили с помощью графена

Ученые из Университета Райса доказали, что использование графена может не только сократить количество используемого в строительстве песка, но и сделать бетон легче, прочнее и жестче.

Читайте «Хайтек» в

Бетон состоит из трех основных ингредиентов: воды, заполнителя, такого как песок, и цемента, который связывает все это вместе. Песок является основным компонентом по объему, поэтому спрос на него по мере роста строительства неуклонно увеличивается. Добыча наносит вред окружающей среде, а в будущем человечество может столкнуться с исчерпанием источников.

Исследователи использовали в качестве альтернативы песку графен, произведенный с помощью разработанного в Университете Райса метода импульсного джоулевого нагрева. Богатый углеродом базовый материал быстро перегревается под воздействием электричества, превращаясь в графеновые хлопья. В данном случае базовым материалом был металлургический кокс.

Первоначальные эксперименты, в которых металлургический кокс превращался в графен, привели к получению материала, который по размеру был похож на песок.

Мы решили изучить возможность использования его в качестве полной замены песка в бетоне, и наши результаты показывают, что он будет работать очень хорошо.
Пол Адвинкула, ведущий автор исследования

Экономия песка была не единственным преимуществом. Полученный бетон был на 25% легче, чем бетон, изготовленный с обычным заполнителем, и продемонстрировал увеличение ударной вязкости на 32%, пиковой деформации на 33% и прочности на сжатие на 21%. С другой стороны, на 11% снизился модуль Юнга, показатель устойчивости материала к деформации при растяжении.

Пока графен слишком дорог, чтобы сделать этот метод коммерческой альтернативой песку в больших масштабах. Но эксперты Программы ООН по окружающей среде предполагают, что растущий спрос на песок в сочетании с ростом населения и расширением городов может вскоре спровоцировать «песчаный кризис». По мере увеличения стоимости песка и сокращения стоимости графена, эта альтернатива может найти применение в строительстве.