Графен заменяет песок и делает бетон более легким и прочным

Новое исследование: песок в бетоне можно заменить графеном, что сделает его более легким и экологичным.

Когда вы думаете о ресурсах, которые у нас заканчиваются, песок, возможно, не занимает первое место в вашем списке, но он там, благодаря нашему высокому спросу на бетон. Ученые из Университета Райса доказали, что замена графена может не только сэкономить песок, но и сделать бетон легче, прочнее и жестче.

Несмотря на то, что графен представляет собой слой атомов углерода толщиной всего в один атом, он имеет репутацию невероятно прочного материала. Поэтому неудивительно, что этот «чудо-материал» раньше добавляли в бетон , обычно для того, чтобы сделать его более прочным и долговечным . Но обычно для этого просто добавляют в рецепт графен — для нового исследования команда Райс хотела полностью заменить песок.

Бетон состоит из трех основных ингредиентов: воды, заполнителя, такого как песок, и цемента, который связывает все это вместе. Песок является крупнейшим компонентом по объему, и, учитывая ненасытный аппетит современного человечества к бетону, добыча песка увеличивается. Этот процесс не только разрушительен, но и рискует исчерпать источники.

Исследование проведено в лаборатории химика из Университета Райса Джеймса Тура, чья команда уже много лет производит графен, используя разработанную ими технику, называемую импульсным джоулевым нагревом. По сути, богатый углеродом базовый материал быстро перегревается под воздействием электричества, превращая его в графеновые хлопья. В данном случае базовым материалом был металлургический кокс — источник топлива, созданный из угля.

«Первоначальные эксперименты, в которых металлургический кокс превращался в графен, привели к получению материала, который по размеру был похож на песок», — сказал Пол Адвинкула, ведущий автор исследования. «Мы решили изучить возможность использования графена, полученного из металлургического кокса, в качестве полной замены песка в бетоне, и наши результаты показывают, что он будет работать очень хорошо».

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.

Хотя команда утверждает, что графен в настоящее время слишком дорог, чтобы сделать этот метод коммерчески жизнеспособным в больших масштабах, это, по крайней мере, показывает, что существуют альтернативы, которыми можно было бы воспользоваться.

Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials .

Источник: Университет Райса.