Вчені вирішили основну загадку структури бетону

Вчені матеріалу остаточно вирішили, чи твердий бетон є безперервною структурою, такими як метали або камені, або компресована група дрібних частинок. Це питання, незважаючи на довгий і рясне використання цього будівельного матеріалу, залишалося незаслуженим протягом тривалого часу. Виявилося, що бетон поєднує в собі особливості обох конструкцій.

Внутрішня структура матеріалу має справу з розділом фізики конденсованої речовини, що називається «меоскопічна фізика». Розглянуто властивості систем на вагах проміжних між макроскопічними та мікроскопічними – тобто, лежачи між розмірами індивідуальних атомів і тими, на яких припиняються квантові ефекти.

Бетон, суміш води, гравію, цементу та піску, досліджено міжнародною командою з Массачусетського технологічного інституту, Джорджтаунського університету, Французького національного центру наукових досліджень та інших установ. Вчені стверджують, що їх відкриття про структуру бетону дозволить інженерам створювати більш ефективні матеріали, як з точки зору міцності, так і з точки зору зменшення викидів парникових газів у виробництві. Це дуже важливо, тому що світ використовує стільки бетону, що його виробництво є одним з найважливіших представників парникових газів.

Виявилося, що в бетоні невеликі частинки розподіляються таким чином, що завжди менші між кількома більшими. Один з авторів дослідження, Roland Pellenq, пояснює, що ці дрібні частинки взаємодіють дуже тісно на меоскопічні ваги. При цьому частинки не так дрібні, як досягти стану з мінімальною енергією – через це матеріал піддається змінам, а з часом може розсипатися або тріщина.

Вплив розміру пори на мезоскопічні ваги на властивості матеріалу не визначено до теперішнього часу. Крім того, наявність пори таких розмірів визначає властивості матеріалу і схильність до його деградації. Зокрема, виявилося, що розтріскування бетону не відбувається через те, що вода проникає в ці пори, які потім замерзає при негативних температурах.

Нові комп'ютерні імітації властивостей готового матеріалу дозволяють дрібно відтінити пропорції компонентів, необхідних для отримання кращого результату. Наприклад, занадто мало води зробить розчин не рідиною досить для заливки, а занадто багато залишить після його випаровування великих порожнечі в готовому матеріалі.

Джерело: geektimes.ru/post/270918/