سیمان الهام گرفته از استخوان انسان همه را متعجب کرد

به گزارش اقتصاد100، این خمیر دارای ساختاری لوله ای است که از ساختار استخوان قشری انسان الهام گرفته شده است که لایه بیرونی استخوان ران را تشکیل می دهد.

به گزارش ایسنا، به گفته محققان، خمیر سیمانی ساختار لوله مانند می تواند مقاومت در برابر انتشار ترک را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و توانایی تغییر شکل بدون شکست ناگهانی را بهبود بخشد.

این خمیر سیمانی همچنین پتانسیل جایگزینی با مواد پلاستیکی و الیاف مبتنی بر سیمان را دارد.

نیاز به مصالح ساختمانی سخت تر

مواد شکننده مبتنی بر سیمان که برای ساخت ساختمان ها استفاده می شوند باید دارای استحکام و چقرمگی بالایی باشند. استحکام با توانایی یک سازه برای تحمل بار مرتبط است و چقرمگی نشان می دهد که آیا می تواند به طور موثر با ترک ها و آسیب ها مقابله کند یا خیر.

ساختمانی که با مصالحی با استحکام ضعیف ساخته شده است، می تواند به طور ناگهانی فرو بریزد و آسیب شدیدی به اموال و جان انسان ها وارد کند.

شاشانک گوپتا (Shashank Gupta)، محقق ارشد و کاندیدای دکترا در پرینستون، می گوید: یکی از چالش های مهندسی مواد ساختمانی شکننده این است که آنها به شکلی ناگهانی و فاجعه بار فرو می ریزند.

به همین دلیل، توسعه مصالح ساختمانی که مقاومت بالایی در برابر ترک از خود نشان می دهند بسیار مهم است. در صورت آسیب، چنین موادی باید به جای اینکه منجر به ریزش ناگهانی شوند، بتوانند به طور ایمن ضربه را در سراسر سازه پخش کنند.

علم پشت خمیر سیمان مقاوم در برابر ترک

محققان به دنبال موادی بودند که به طور طبیعی دارای استحکام و چقرمگی بالایی هستند.

آنها با استخوان قشر انسان روبرو شدند که در برابر شکستگی مقاومت می کند و قدرت لازم برای تحمل بار بدن را به استخوان ران می دهد.

استخوان قشری شامل اجزای لوله ای بیضی شکل است که به نام استئون ها شناخته می شوند و به طور ضعیف در یک ماتریکس آلی جاسازی شده اند. این ساختار منحصر به فرد از شکست ناگهانی جلوگیری می کند و مقاومت کلی در برابر انتشار ترک را افزایش می دهد.

محققان با الهام از ساختار لوله ای استخوان قشر مغز، یک خمیر سیمانی با لوله های استوانه ای و بیضوی ایجاد کردند. این ساختارهای لوله ای، خواص مقاومت در برابر ترک را بهبود بخشیدند.

به عنوان مثال، هرگاه در سازه ای که با خمیر سیمان ساخته شده است، ترک ایجاد شود، توسط لوله ها به دام می افتد و گسترش آن به بخش های دیگر به تأخیر می افتد. فرآیند محدود کردن ترک انرژی را جذب می کند.

این همان انرژی است که در غیر این صورت باعث رشد سریع تر ترک می شود. اتلاف انرژی به سیمان زمان بیشتری برای مقاومت در برابر آسیب می دهد و از فروپاشی ناگهانی سازه جلوگیری می کند. آنچه که این مکانیسم گام به گام را منحصر به فرد می کند این است که هر امتداد ترک کنترل می شود و از شکست ناگهانی و فاجعه بار جلوگیری می شود. به جای شکستن یکباره، این ماده در برابر آسیب های تدریجی مقاومت می کند.

به طور کلی سیمان با پلاستیک، الیاف و مواد دیگر تقویت می شود تا چقرمگی آن افزایش یابد. با این حال، به جای افزودن چیزی اضافی به سیمان، رویکرد فعلی بر استفاده از ساختارهای لوله ای و هندسه تمرکز دارد.

رضا معینی، محقق ارشد و استاد مهندسی عمران و محیط زیست در پرینستون، می گوید: انتظار می رود که وقتی لوله های توخالی با هم ترکیب می شوند، این ماده در برابر ترک مقاوم تر شود.

او افزود: ما آموختیم که با بهره گیری از هندسه، اندازه، شکل و جهت لوله، می توانیم تعامل ترک و لوله را برای بهبود یک ویژگی ارتقا دهیم.

این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.

انتهای پیام