Beton ist auf den ersten Blick kein besonders aufregendes Material. In den letzten Jahren wurden jedoch erstaunlich viele Fortschritte in Sachen Beton als Baumaterial gemacht. So gibt es nun biegbaren Beton oder auch solchen, der sich selber reparieren kann. Forscher der Rice University haben nun einen Weg gefunden, Zementpartikel so zu „programmieren“, dass der daraus stehende Beton widerstandsfähiger, weniger porös und umweltfreundlicher macht.


Bild: Multiscale Materials Laboratory
Bild: Multiscale Materials Laboratory

Forscher veränderten Zement auf der Nanoebene

Um diese Verbesserungen zu erzielen, untersuchten die Forscher Kalzium-Silikat-Hydrat-Zement (C-S-H) auf der Nanoebene und beobachteten, wie dieser kristallisiert. Diese Informationen nutzten sie, um Zementpartikel in bestimmten Formen zu erschaffen. Normalerweise sind die Partikel eher tropfenförmig, aber die Zementpartikel der Forscher formen verschiedene spezifische Formen wie etwa Rhomben und Würfel, die sich zu einem besonders widerstandsfähigen Zement zusammensetzen.

We call it programmable cement. The great advance of this work is that it’s the first step in controlling the kinetics of cement to get desired shapes. We show how one can control the morphology and size of the basic building blocks of C-S-H so that they can self-assemble into microstructures with far greater packing density compared with conventional amorphous C-S-H microstructures„, so Rouzbeh Shahsavari, der Hauptautor der Studie.


Widerstandsfähiger Zement ist besser für die Umwelt

Um die Partikel dazu zu bringen, bestimmte Formen zu bilden, nutzte das Team Tenside und Kalzium-Silikat mit einer positiven oder negativen Ladung. Anschließend setzten sie den Zementmix Kohlenstoffdioxid und Ultraschallwellen aus. Indem sie die Menge an Kalzium-Silikat veränderten konnten sie die Formen ändern, die die Partikel einnahmen. Weitere Veränderungen konnte das Team hervorrufen, in dem die Temperatur und die Dauer des Prozesses verändert wurde.

The seed particles form first, automatically, in our reactions, and then they dominate the process as the rest of the material forms around them. That’s the beauty of it. It’s in situ, seed-mediated growth and does not require external addition of seed particles, as commonly done in the industry to promote crystallization and growth„, so Shahsavari weiter.

Statt wie andere Forschungsgruppen die Festigkeit des Betons an dem fertigen Produkt zu testen, setzten die Forscher die Zement-Partikel einem Diamantbohrer aus und gewannen so deutlich mehr Daten.

Die Produktion von Zement und Beton ist auch weiterhin ein großer Faktor in Sachen CO2-Emissionen. Der Zement der Rice University hat auch hier Vorteile, da aufgrund seiner Festigkeit weniger Material benötigt wird und dieses zudem noch haltbarer ist als herkömmlicher Beton.

Ob und wann es zu einer kommerziellen Nutzung des neuen Betons kommen wird, ist bisher noch unklar.

via NewAtlas.com

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