Быстрая урбанизация и новые мировые нормативные требования к гражданскому строительству требуют более сложной инфраструктуры. Эти проблемы стимулируют разработку сверхвысокоэффективных многофункциональных наноинженерных строительных материалов.

Включение наноматериалов может значительно улучшить структурные и механические свойства цементных композитов. Исследователи уже разработали множество рецептур, созданных в наномасштабе, таких как композиты, армированные графеном.

Бетон в строительстве

Бетон, наиболее широко используемый строительный материал на планете, подвергается значительным исследованиям для улучшения его характеристик и функциональности. Он долгое время использовался в качестве строительного материала из-за его прочности, долговечности и универсальности.

Проблемы, связанные с бетоном

Несмотря на все эти характеристики, промышленный сектор сталкивается со значительной негативной реакцией на использование бетона из-за необходимости минимизировать глобальные выбросы углекислого газа. Кроме того, строгие требования прочности, надежности, экологичности, использования в условиях высоких нагрузок и борьбы с проникновением влаги в строительные материалы требуют более прочного типа бетона с улучшенными механическими свойствами.

Как можно улучшить характеристики бетона?

Современное научное сообщество предлагает формировать  бетон наномасштабе, что поможет оптимизировать его механические, химические и физические характеристики. Добавление таких добавок как графен может действительно улучшить его характеристики.

Что такое графен?

Графен — это аллотроп углерода, состоящий из листов толщиной в один атом. Он почти в 200 раз прочнее стали и легче алюминия, а также проводит электричество лучше, чем медь.

С момента его открытия ученые работали над различными приложениями графена, включая искусственные краски для волос, фильтры для воды, приборы ночного видения и строительство.

Почему графен следует использовать в бетоне?

Графен зарекомендовал себя как отличная добавка к бетону, благодаря исследованиям и экспериментам, проведенным различными группами исследователей. Бетон, состоящий из обычного цемента, обеспечивает превосходную прочность на сжатие; однако низкая прочность на растяжение требует армирования, для чего нужен что  более прочный вариант бетона.

Графен-бетонные композиты

Графен можно добавлять в бетон в качестве добавки, чтобы сделать его более прочным, долговечным и гибким. Такое включение графена может увеличить срок службы зданий за счет уменьшения трещин и коррозии.

За годы, прошедшие после этого первоначального открытия, ученые работали над совершенствованием процесса и превращением его в коммерчески жизнеспособный материал. Группа исследователей из Университета Эксетера опубликовала в журнале Advanced Functional Materials статью, в которой раскрываются улучшенные свойства композитов графен-бетон.

Исследователи включили графен в бетон для разработки композитного материала, который, по их мнению, можно легко масштабировать для использования в современных производственных процессах. С хрупкими характеристиками бетона можно бороться различными способами. Графеновый бетон одновременно повышает прочность на сжатие, изгиб и растяжение.

Как графен улучшает характеристики бетона?

Обычный бетон обычно состоит из цемента, в структуре которого, как правило, происходят различные изменения.

Частицы цемента состоят из множества элементов, таких как силикаты кальция, алюминий, кремний, железо и алюминоферриты. Реакция гидратации заставляет частицы цемента превращаться из порошка в волокнистые кристаллы при воздействии воды.

Развитие и связывание частиц цемента с течением времени являются наиболее важными переменными, определяющими материальные качества бетона. Замечательные химические и физические свойства наноматериалов делают их наиболее эффективным средством улучшения внутренней матрицы бетона.

Метод, используемый исследователями, известен как эксфолиация графена в воде при больших усилиях сдвига. Этот метод позволяет заменить воду непосредственно в бетонной смеси. Процесс включает в себя приготовление суспензий графена в воде путем эксфолиации с высоким усилием сдвига с поверхностно-активным веществом холатом натрия, в результате чего получается графен, функционализированный поверхностно-активным веществом (FG).

Графен, функционализированный поверхностно-активным веществом, затем смешивали с бетоном с помощью смесителя с большими сдвиговыми усилиями. Экспериментальные результаты показали, что армирование графеном не только повышает прочность бетона на сжатие, но и прочность на изгиб.

Было замечено, что железобетонные конструкции из графена служат водным барьером, что в конечном итоге повышает его долговечность. Обладает высоким удельным сопротивлением, что предохраняет стальную арматуру от коррозии и высокой термической стабильностью, повышая теплоемкость материала.

Также было установлено, что железобетонные конструкции из графена положительно влияют на окружающую среду, так как значительно снижают выбросы углекислого газа. Все эти экспериментальные данные делают армированный графеном бетон многообещающим строительным материалом для более экологичной и экологичной строительной отрасли.

Каково будущее графен-бетонных композитов?

Самыми большими проблемами для практического применения являются трс поиск надежного поставщика графена и отсутствие доверия к данному материалу в цепочке поставок.

Все еще необходимы обширные исследования, чтобы полностью раскрыть потенциал графеновых композитов, не подвергая опасности окружающую среду или здоровье человека. Тем не менее, композиты, армированные графеном, наверняка станут частью городов и домов в ближайшие годы, что значительно улучшит повседневную жизнь.

Источник: www.azonano.com