Графен в бетоне
Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решётку.
Мировое производство цемента — «клея», скрепляющего бетон, — составляет 8% мирового производства CO₂. Добавление небольшого количества графена в бетон значительно увеличивает его прочность, а это означает, что требуется гораздо меньше материала, а выбросы CO₂ значительно сокращаются. Манчестерские инженеры перешли от лаборатории к рынку, разработав новый строительный материал, удаляющий выбросы CO₂: бетон. Жидкий бетон застывает в твердой форме в результате химических реакций, известных как гидратация и гелеобразование, когда вода и цемент вступают в реакцию, образуя пасту, которая со временем высыхает и затвердевает.
Новый материал на 30% прочнее стандартного бетона, поэтому можно использовать меньшие объемы, что в итоге удешевляет строительство на 10-20%. Инженеры из Инновационного центра графеновой инженерии Манчестерского университета (GEIC) обнаружили, что использование графена, который действует как механическая опора и катализатор начальной реакции гидратации, приводит к улучшению связи в микроскопическом масштабе, обеспечивая повышенную прочность, долговечность и коррозионную стойкость.
Уверенное начало
Бетон можно использовать так же, как стандартный бетон, а это означает, что в процессе приготовления или укладки не требуется новое оборудование или обучение. Улучшенное скрепление означает, что требуется меньше материала, что делает процесс более экологичным и дешевым, а экономия средств передается непосредственно клиенту. Закладка фундамента Первоначальные испытания в лабораторных условиях показали значительное улучшение прочности на сжатие и растяжение при добавлении в бетон небольшого количества графена.
Эта работа привела к тому, что Innovate UK профинансировала Nationwide Engineering — британскую строительную фирму, соучредителем которой является выпускник Манчестера Алекс Макдермотт, — GEIC и факультет машиностроения, аэрокосмической и гражданской инженерии Манчестерского университета для проведения крупномасштабных пилотных испытаний. Nationwide Engineering также получила поддержку в своей работе по разработке бетона, усиленного графеном, в рамках финансируемой ЕС программы ERDF Bridging the Gap в GEIC, которая направлена на то, чтобы помочь малым и средним предприятиям (МСП) успешно коммерциализировать инновационные продукты с использованием графена и другие 2D материалы.
В мае 2021 года команда разработчиков увеличила масштабы и успешно уложила бетонную плиту пола площадью 700 м2 для нового спортзала в Эймсбери, Уилтшир. Используя обычное оборудование и рабочую силу, команда использовала на 30 % меньше материала для обеспечения производительности, сопоставимой со стандартом, и удалила всю стальную арматуру, что еще больше снизило затраты и выбросы. Впоследствии GEIC и Nationwide Engineering уложили еще две бетонные плиты в Манчестере с противоположными функциями: одна как часть подъездной дороги к зданию GEIC, позволяющая контролировать наружные характеристики; другой - подвесной пол на площадке регенерации заброшенного месторождения Mayfield Depot для использования в качестве роликовой дискотеки.
По результатам этих испытаний команда инженеров оценивает сокращение выбросов CO2 на 25-30% и снижение затрат на 15-20%, в зависимости от размера проекта. Успех этих программ может привести к созданию программы стандартов и испытаний, сосредоточенной в Манчестере, направленной на сертификацию бетона в соответствии со строительными нормами и внедрение в более широкую цепочку поставок в строительстве.
Комментарии: