Polimer Kafes ile Daha Güçlü Beton
Fotoğraf: UC Berkeley mühendisleri tarafından yapılan çalışmada test edilen tüm betonarme numuneleri, deformasyonda yüksek puan almıştır. Kredi: Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley
Bir asırdan fazla bir süredir çelik inşaat demiri, betonu güçlendirmek için kullanılan malzeme olmuştur, ancak yeni bir yaklaşım ortak yapı malzemesini daha güçlü ve daha çevre dostu hale getirmeyi vadetmektedir. Bilim insanları, düşük karbonlu beton için omurga görevi görebilen ve aynı zamanda büyük mukavemet ve dayanıklılığa sahip bir polimer kafes yapısı üretmek için 3D baskıdan yararlandı.
Kaliforniya Üniversitesi tarafından yapılan araştırma, polimer lifler kullanarak betonu güçlendirmeye yönelik önceki çabalara dayanıyor. Bu yöntem, yaklaşık yarım asır önce, büyük bir mukavemet sunan, ancak ağır, pahalı ve zamanla bozulan çelik inşaat demiri takviyelerine umut verici bir alternatif olarak ortaya çıktı.
Polimer lifler hafiftir, üretimi ucuzdur ve korozyona karşı dayanıklıdır. Mevcut yaklaşımlar, bu liflerin dökülmeden önce betona karıştırılmasını içerir, ancak bu, nihai yapının bazı kısımlarının daha güçlü olduğu ve diğerlerinin çatlaklara duyarlı olduğu anlamına gelen düzensiz bir dağılıma yol açabilir.
Fotoğraf: Araştırmacılar, 3D baskılı sekizli polimer kafes kullanarak betonla ilgili bazı eksiklikleri gidermeye çalıştılar. Kredi: Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley
Bu yeni çalışmanın arkasındaki mühendisler bu eksikliği, benzersiz hafiflik ve mukavemet kombinasyonu için tercih edilen ve yoğun bir kafes kiriş düzenlemesiyle çatlakların oluşmasını önleyen bir yapı olmasını umdukları 3D baskılı sekizli polimer kafes ile ele almaya çalıştılar. Ekip, kafesi üretmek için akrilonitril bütadien stiren (ABS) polimerleri kullandı ve kafes boşluklarını daha sonra sıkıştırma açısından normal betondan dört kat daha güçlü olan ultra yüksek performanslı betonla doldurdu.
Araştırmacılar, polimer kafesin farklı versiyonlarını kullanarak bu yöntemin varyasyonlarını denediler, belirlenen aralık betonun toplam hacminin yüzde 19.2’sinden yüzde 33.7’ye kadar değişiyordu. Bu değişiklikler basınç dayanımı ve tepe yükleri açısından küçük değişiklikler meydana getirirken, betonun genel mekanik özellikleri büyük ölçüde aynı kalmıştır.
İnşaat ve Çevre Mühendisliği profesörü ve çalışmanın ortak yazarı olan Claudia Ostertag, “bir malzeme kırılgan olduğunda, belirli azami yüke kadar dayanabilir ve sonra başarısız olur” diyor. “Bu yöntemimizde, bu başarısızlığı gözlemlemedik; beton daha da güçlendi. Betonla ilgilenen bizler için bu sonuç harika. Çok kırılgan olan bir şeyi çok esnek bir şeye dönüştürüyorsun.”
Test edilen tüm numuneler, yüksek deformasyon değerlerine sahipti ve buna bağlı olarak çok fazla enerji emebilirken, daha ince kafes yapılarına sahip olanlar, daha kalın kafes yapılarına sahip olanlar kadar sertti. Bu kısım, araştırma projesinin temel amaçlarından birinin anahtarıdır; dünyanın CO2 emisyonunun yüzde sekizini oluşturan beton üretiminden kaynaklı karbon ayak izininin azaltılması için daha yüksek konsantrasyonlarda alternatif malzemeler kullanmak.
Çalışmanın yazarlarından Hayden Taylor, “çimento üreten reaksiyon doğal olarak CO2 üretir” diyor. “Bunun aksine, biyopolimerler, geri dönüşüm ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ile karbon nötr ve hatta potansiyel olarak karbon negatif olan polimerlere doğru makul bir yol var.”
Ekip buradan yola çıkarak farklı geometrilerin farklı kullanımlara hizmet edip edemeyeceğini görmek için farklı kafes şekilleriyle deney yapmayı planlıyor.
Baş yazar Brian Salazar, “ileriye dönük olarak en büyük sorum, belirli bir uygulama için en iyi kafes yapısının nasıl seçileceğidir” diyor. “Bulunmayı bekleyen daha uygun geometriler olabilir.”
Araştırma “Materials and Design” dergisinde yayınlandı.
Kaynak: newatlas.com
