ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Pukotine u betonu zarastaju same od sebe

U ljudskom tijelu male rane jednostavno liječi samo tijelo te one ne zahtijevaju dodatnu njegu. Da bi pak veće rane zacijelile tijelo može zatrebati i pomoć izvana. Beton je nalik tijelu po tome što može zaliječiti svoje male rane (pukotine), što je njegova „urođena“ osobina. Ipak, pukotine ne zarastaju jednostavno kod običnog betona zbog njegove krhke prirode, što u pitanje dovodi učinkovitost zarastanja kod uobičajenih betonskih materijala kod kojih nema kontrole kod oblikovanja pukotina.

Robusni spojevi sposobni za samostalno zalječenje znani kao projektirani betonski spojevi (eng. Engineered Cementitious Composites, ECC) temelje se na naprednoj tehnologiji koju je prvi uveo dr. Victor C. Li sa Sveučilišta u Michiganu. Za razliku od uobičajenih betonskih materijala koji se najčešće primjenjuju na terenu, ECC ima jaka mikrovlakna koja su tanja od ljudske vlasi i koja su relativno su duktilna kad je u pitanju napetost. Duktilnost je izravni rezultat očvršćivanja vlakana zbog stvaranja gusto raspoređenih mikropukotina prosječne širine manje od 100 mikrometara. Čak i pod teškim opterećenjem, širine pukotina ostaju nepromijenjene.

Voda i zrak potiču zarastanje

„Pukotine na razini mikrometra omogućuju nam dodavanje posebnih atributa, kao što je to materijal ECC koji sam zarasta,“ objašnjava Mustafa Sahmaran, profesor građevine i Laboratorija za napredne infrastrukturne materijale u sveučilištu Gazi u Ankari u Turskoj.

„Unatoč značajnom broju istraživanja na području razvoja materijala koji sami zarastaju, nova popularnost ove tehnologije naglo je eskalirala zbog stalnih potreba za popravcima i/ili održavanjem infrastrukture koja propada. Proces zarastanja u ECC materijalima je poprilično jednostavan. Pukotine same zarastaju pomoću dva mehanizma: stalne reakcije hidratacije betonskih materijala koji ne sadržavaju vodu rezultira stvaranjem gela silikat hidrata i stvaranjem kalcijeva karbonata.

Da bi došlo do ovih dviju reakcija potrebni su sastojci kojih ima u izobilju na svakom gradilištu: voda i zrak. Unatoč učinkovitosti ECC-ova koji sami zarastaju, neki kritičari sumnjaju u robusnost mehanizma. Jedan od kriterija robusnosti je „ponavljanje“, odnosno sposobnost da pukotina svaki put iznova zaraste. Drugi je kriterij „prožimanje“ pod kojim se podrazumijeva da bi se mehanizam trebao odvijati kroz cijeli strukturni element, a ne samo na pojedinim mjestima.“

Pukotine zarastaju i do 85 posto

„Uspjeli smo dokazati relativno visoku robusnost zarastanja u ECC-u,“ kazao je Gurkan Yildrim, znanstveni novak i doktorand građevine na sveučilištu Gazi. „Čak i nakon šest ponovnih pucanja na istom mjestu, od kojih je svaka gotovo uzrokovala uništavanje uzorka, materijal ECC uspio se 85 posto oporaviti, ovisno o metodi ispitivanja koja se koristila za provjeru stupnja zarastanja. Stope zarastanja koje su zabilježene u različitim dijelovima uzoraka također potvrđuju da su rezultati međusobno vrlo slični, što znači da mehanizam uglavnom prožima materijal.

Povrh toga, materijal ECC ne narušava unutarnju prirodu mikro pukotina. Tako nakon devet pucanja istog mjesta maksimalna širina pukotine ostaje na razini od 190 mikrometara, što također vodi do superiornih značajki izdržljivosti, čak i u teškim okolišnim uvjetima.“

Zahvaljujući svojim unutarnjim gustim pukotinama i zarastanju, ECC bi mogao postati materijal nove generacije koji će biti rješenje za mnoge izazove trajnosti čime bi značajno doprinio produljenom funkcioniranju infrastrukture.

Ivor: SciDaily

Podijeli.