'Semen pintar' baru dapat digunakan untuk membangun jalan dan kota yang lebih tahan lama
Engine

‘Semen pintar’ baru dapat digunakan untuk membangun jalan dan kota yang lebih tahan lama


Profesor Ange-Therese Akono memegang sampel semen pintarnya. Kredit: Universitas Northwestern

Kekuatan alam telah mengakali bahan yang kami gunakan untuk membangun infrastruktur kami sejak kami mulai memproduksinya. Es dan salju mengubah jalan utama menjadi puing-puing setiap tahun; fondasi rumah retak dan runtuh, meskipun konstruksinya kokoh. Selain berton-ton limbah yang dihasilkan oleh pecahan beton, setiap mil jalur jalan menghabiskan biaya sekitar US$24.000 per tahun untuk menjaganya agar tetap dalam kondisi baik.

Insinyur yang menangani masalah ini dengan material pintar biasanya meningkatkan fungsi material dengan meningkatkan jumlah karbon, tetapi hal itu membuat material kehilangan beberapa kinerja mekanis. Dengan memperkenalkan nanopartikel ke dalam semen biasa, para peneliti Northwestern University telah membentuk semen yang lebih cerdas, lebih tahan lama, dan sangat fungsional.

Penelitian ini diterbitkan hari ini di jurnal Transaksi Filosofis Royal Society A.

Dengan semen menjadi bahan yang paling banyak dikonsumsi secara global dan industri semen menyumbang 8% dari emisi gas rumah kaca yang disebabkan oleh manusia, profesor teknik sipil dan lingkungan Ange-Therese Akono beralih ke semen nano untuk mencari solusi. Akono, penulis utama studi tersebut dan asisten profesor di McCormick School of Engineering, mengatakan bahan nano mengurangi jejak karbon komposit semen, tetapi sampai sekarang, sedikit yang diketahui tentang dampaknya pada perilaku patah.

“Peran nanopartikel dalam aplikasi ini belum dipahami sebelumnya, jadi ini merupakan terobosan besar,” kata Akono. “Sebagai ahli mekanika rekahan melalui pelatihan, saya ingin memahami bagaimana mengubah produksi semen untuk meningkatkan respons rekahan.”

Pengujian fraktur tradisional, di mana serangkaian berkas cahaya dilemparkan ke blok material yang besar, melibatkan banyak waktu dan material dan jarang mengarah pada penemuan material baru.

Dengan menggunakan metode inovatif yang disebut pengujian awal, lab Akono secara efisien membuat prediksi tentang sifat material dalam waktu singkat. Metode ini menguji respons fraktur dengan menerapkan probe berbentuk kerucut dengan peningkatan gaya vertikal terhadap permukaan potongan mikroskopis semen. Akono, yang mengembangkan metode baru selama Ph.D. pekerjaan, katanya membutuhkan lebih sedikit bahan dan mempercepat penemuan yang baru.

“Saya bisa melihat banyak bahan yang berbeda pada waktu yang sama,” kata Akono. “Metode saya diterapkan langsung pada skala mikrometer dan nanometer, yang menghemat banyak waktu. Dan kemudian berdasarkan ini, kita dapat memahami bagaimana bahan berperilaku, bagaimana mereka retak dan pada akhirnya memprediksi ketahanannya terhadap patah.”

Prediksi yang dibentuk melalui tes awal juga memungkinkan para insinyur membuat perubahan pada material yang meningkatkan kinerja mereka pada skala yang lebih besar. Dalam makalah tersebut, nanoplatelet graphene, bahan yang dengan cepat mendapatkan popularitas dalam membentuk bahan pintar, digunakan untuk meningkatkan ketahanan terhadap fraktur semen biasa. Memasukkan sejumlah kecil nanomaterial juga terbukti meningkatkan sifat transportasi air termasuk struktur pori dan ketahanan penetrasi air, dengan penurunan relatif yang dilaporkan masing-masing 76% dan 78%.

Implikasi dari studi ini mencakup banyak bidang, termasuk konstruksi bangunan, pemeliharaan jalan, optimasi sensor dan generator serta pemantauan kesehatan struktur.

Pada tahun 2050, PBB memperkirakan dua pertiga populasi dunia akan terkonsentrasi di kota. Mengingat tren urbanisasi, produksi semen diperkirakan akan meroket.

Memperkenalkan beton hijau yang menggunakan semen yang lebih ringan dan berkinerja lebih tinggi akan mengurangi jejak karbon secara keseluruhan dengan memperpanjang jadwal perawatan dan mengurangi limbah.

Sebagai alternatif, material cerdas memungkinkan kota memenuhi kebutuhan populasi yang terus bertambah dalam hal konektivitas, energi, dan multifungsi. Nanomaterial berbasis karbon termasuk nanoplatelet graphene sudah dipertimbangkan dalam desain sensor berbasis semen pintar untuk pemantauan kesehatan struktural.

Akono mengatakan dia bersemangat untuk menindaklanjuti makalah di labnya sendiri dan cara penelitiannya akan memengaruhi orang lain. Dia sudah mengerjakan proposal yang melihat penggunaan limbah konstruksi untuk membentuk beton baru dan sedang mempertimbangkan “mengambil kertas lebih jauh” dengan meningkatkan fraksi nanomaterial yang dikandung semen.

“Saya ingin melihat properti lain seperti memahami kinerja jangka panjang,” kata Akono. “Misalnya, jika Anda memiliki bangunan yang terbuat dari bahan nano berbasis karbon, bagaimana Anda bisa memprediksi ketahanannya dalam 10, 20, bahkan 40 tahun?”

Akono akan memberikan ceramah di atas kertas pada pertemuan Oktober The Royal Society, “Pendekatan Retak untuk Menemukan Bahan Baru yang Tangguh: Fraktur Asing Daripada Gesekan,” yang akan menyoroti kemajuan besar dalam mekanika rekahan dari abad yang lalu.


Mortar dan beton yang lebih berkelanjutan dengan efisiensi termal dan mekanis yang optimal


Informasi lebih lanjut:
Ange-Therese Akono, Ketangguhan retak semen nanoreinforced satu dan dua dimensi melalui pengujian gores, Transaksi Filosofis Royal Society A: Ilmu Matematika, Fisika, dan Teknik (2021). DOI: 10.1098 / rsta.2020.0288

Disediakan oleh Universitas Northwestern

Kutipan: Novel ‘smart cement’ dapat digunakan untuk membangun jalan dan kota yang lebih tahan lama (2021, 21 Juni) diambil 21 Juni 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-06-smart-cement-durable-roads-cities .html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagu togel