I ricercatori della North Carolina State University hanno, per la prima volta, utilizzato una tecnica di "compressione micropillar" per caratterizzare la resistenza su microscala del cemento, consentendo lo sviluppo di cemento con proprietà di resistenza desiderabili per applicazioni di ingegneria civile.

"Le informazioni raccolte utilizzando questa tecnica possono essere utilizzate per comprendere meglio il comportamento del calcestruzzo quando fallisce, oltre a fornire dati chiave per modelli "costitutivi" utilizzati per la progettazione e la determinazione della sicurezza delle strutture di ingegneria civile su larga scala, "dice Rahnuma Shahrin, un dottorato di ricerca in ingegneria civile. studente presso NC State e autore principale di un documento sul lavoro.

"I risultati della ricerca porteranno a impatti significativi nello studio del cedimento di materiali contenenti cemento, " Shahrin dice. "La produzione, il trasporto e l'uso del calcestruzzo rappresentano tra il 5 e il 9% delle emissioni totali di anidride carbonica in tutto il mondo. La conoscenza di questo studio può essere applicata allo sviluppo di più forti, materiali più sostenibili per le infrastrutture civili, ridurre il consumo di risorse naturali e la produzione di CO2.

Il cemento è usato per fare calcestruzzo, uno dei materiali da costruzione più utilizzati al mondo. La resistenza alla compressione del cemento è un fattore primario nel determinare il carico che il calcestruzzo può sopportare - una considerazione fondamentale per i progetti di ingegneria civile. Gli ingegneri sanno da tempo che il cemento trae la sua forza da un ingrediente chiamato calcio silicato idrato (C-S-H) - il prodotto primario formato quando la polvere di cemento viene mescolata con acqua. Ricercatori, però, non sono stati in grado di misurare la resistenza alla compressione del C-S-H in un campione di cemento - le dimensioni del campione necessarie per isolare e testare i componenti C-S-H sono troppo piccole per essere fabbricate con i metodi convenzionali di preparazione del campione.

Per affrontare questa sfida, i ricercatori si sono rivolti a una tecnica utilizzata nella scienza dei materiali chiamata compressione micropillar. Normalmente utilizzato su materiali cristallini, La compressione micropillar utilizza campioni molto piccoli per determinare la resistenza alla compressione di un materiale.

Poiché il cemento è un materiale eterogeneo, composto da più componenti, Shahrin ha utilizzato una tecnica di microscopia elettronica a scansione/raggi X per trovare le aree nei campioni di cemento che avevano il più alto rapporto di C-S-H rispetto ad altri materiali costituenti.

Una volta identificati i siti C-S-H, sono stati fresati in cilindri di 2 micrometri di larghezza e 4 micrometri di altezza. Questi campioni potrebbero quindi essere sottoposti a compressione micropillar.

"Ci sono molti modi per fare il cemento, e può essere realizzato con diversi costituenti in diversi rapporti, " Dice Shahrin. "Abbiamo dimostrato che la tecnica dei micropilastri può essere utilizzata per darci misure precise della resistenza alla compressione C-S-H in questi diversi tipi di miscele. Queste informazioni possono essere utilizzate per aiutarci a capire come i vari processi, e i costituenti aggiunti durante la produzione del cemento, possono influenzare la resistenza del cemento. È fondamentalmente uno strumento che può essere utilizzato per sviluppare meglio, cemento più forte."