Ser Cement Dry

Da han første gang hørte en kollega tale om cementforskning, siger Ronald Berliner, en kernefysiker ved University of Missouri-Columbia, indså jeg med rædsel, at jeg ikke havde nogen idé om, hvad cement var. Fire år senere ved Berliner meget om cement; faktisk skubber han grænserne ud af, hvad vi ved om dette allestedsnærværende, men lidet forståede stof, som er afgørende for fremstilling af beton - verdens mest almindelige industrielle materiale.

Cement er en kompleks blanding; Portlandcement (den type, der almindeligvis bruges til bygninger) er hovedsageligt fremstillet af silikater og aluminater, med et drys af natrium, kalium, svovl, jern og magnesia. Forskere har længe vidst, at ingredienserne kombineres med vand for at danne hydrater, som binder sand og sten til beton. Alligevel har en streng kemisk forståelse af denne proces vist sig at være uhåndgribelig, fordi de fleste analytiske metoder ikke virker på våd cement.

Denne historie var en del af vores maj 1998-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Særligt mystisk er den 6- til 8-timers hvilende fase mellem den indledende korte periode med hurtig reaktion, hvor der først tilsættes vand til betonblandingen, og en senere periode med hurtig hærdning. Berliner bruger kvasielastisk neutronspredning til nul på et nøgleaspekt af den hvilende fase: reaktionen af ​​tricalciumsilicat (den fremherskende forbindelse i cementblandingen) med vand. Hans arbejde afslører, at når der tilsættes vand til cement, dannes der en skorpe omkring hvert cementkorn. Derefter tager det længere og længere tid for vandmolekyler at diffundere igennem til den tørre cement indeni. Den langsomme diffusionsproces er årsag til den mystiske hvilefase.

Berliner håber, at at vide præcis, hvordan tricalciumsilicat og vandmolekyler kombineres, vil føre til måder at optimere reaktionen på, hvilket giver stærkere, mere holdbar beton. Og selv små forbedringer kan give enorme besparelser, fordi der laves så meget beton - 350 millioner tons - hvert år rundt om i verden.

Hvad mere er, kan en forbedring af betonens styrke reducere den nødvendige volumen i strukturer, hvilket ville være gode nyheder for miljøet. Cementfremstilling er en stor synder i den globale opvarmning; anslået 10 procent af de drivhusgasser, der genereres af menneskelig aktivitet, dannes i cementproduktion, som også bruger anslået 3 procent af den amerikanske elproduktionskapacitet.

Berliner bruger nu neutronspredningsteknikker til at angribe den betonpest, der forårsager den hurtige forringelse af mange veje og broer. At finde en kur ville gøre det meget mere interessant at se cement tørre, end det umiddelbart ser ud til.

skjule