Полученный инновационный материал противостоит образованию трещин и внезапному разрушению, что делает его перспективным решением для создания более прочных и долговечных архитектурных сооружений.
Описывающая идею статься под названием "Tough Cortical Bone-Inspired Tubular Architected Cement-Based Material with Disorder" (Прочный трубчатый архитектонический цементный материал на основе кортикальной кости с беспорядком) была опубликована в начале сентября в журнале Advanced Materials.
Исследование было проведено под руководством профессора Резы Мойни и докторанта Шашанка Гупты с факультета гражданского и экологического строительства Принстона.
В исследовании представлена уникальная конструкция, включающая цилиндрические и эллиптические трубки, находящиеся внутри цементной пасты.
Имитируя костные структуры, в частности трубчатые остеоны, имеющиеся в кортикальной кости человека, эта конструкция позволяет бетону задерживать и замедлять распространение трещин.
Архитектура кортикальной кости: a) Схематическое поперечное сечение бедренной кости человека иллюстрирует плотную внешнюю кортикальную кость и пористую внутреннюю трабекулярную кость; b) Архитектура кортикальной кости показывает наличие слабых цементных линий, окружающих трубчатые остеоны, что приводит к c) взаимодействию трещины и цементной линии, обеспечивая путь для внутриплоскостного отклонения трещины от прямого хрупкого разрушения в качестве механизма упрочнения.. Источник изображения: Advanced Materials.
Достигнутый механизм «пошагового растрескивания» поглощает больше энергии, снижая вероятность внезапного разрушения.
В отличие от традиционных методов укрепления бетона путём добавления фибры или пластика, подход команды из Принстона сосредоточен на геометрическом дизайне.
Тщательно контролируя размер, форму и ориентацию эллиптических трубок, учёные добились получения материала, который в 5,6 раза более устойчив к повреждениям, чем обычный бетон, без ущерба для прочности.
Механический отклик круглых и эллиптических трубчатых архитектонических материалов на основе цемента по сравнению с твёрдыми аналогами. Источник изображения: Advanced Materials.
Следует заметить, что массовое производство строительных конструкций по новой технологии весьма непростая задача. Тем не менее, использование передовых технологий производства, таких как 3D-печать, позволяет с высокой точностью контролировать внутреннюю архитектуру материала.
Этот метод открывает возможности для создания индивидуальных бетонных компонентов для различных архитектурных применений, от инфраструктуры до фасадов зданий.
Читайте также: В Милуоки планируется построить самое высокое деревянное здание в мире
