Istraživači sa Univerziteta Prinston napravili su materijal na bazi cementa koji je 5,6 puta jača od standardnog betona. Ovaj inovativni materijal koristi cevastu arhitekturu, inspirisanu strukturom ljudske kortikalne kosti, posebno spoljašnjim slojem butne kosti. Takav dizajn značajno povećava otpornost materijala na širenje pukotina i omogućava deformaciju bez naglog loma.
Blokovi napravljeni od tubularne cementne paste (Foto: Sameer A. Khan/Fotobuddy, Prinston univerzitet)
Potreba za otpornijim građevinskim materijalima
Materijali na bazi cementa koji se koriste u građevinarstvu moraju da poseduju visok nivo čvrstoće i otpornosti na pucanje. Čvrstoća se odnosi na sposobnost konstrukcije da podnosi opterećenja, dok otpornost na pucanje određuje kako materijal reaguje na oštećenja.
Slaba otpornost može dovesti do iznenadnog urušavanja objekta, što može izazvati ozbiljnu štetu na imovini i ugroziti ljudske živote.
Oglas
Vodeći istraživač Shashank Gupta naglasio je da je jedan od najvećih izazova u inženjeringu krhkih građevinskih materijala njihova sklonost ka iznenadnom i katastrofalnom lomu. Zato je ključno razviti materijale koji mogu efikasno da apsorbuju udar i raspodele naprezanje kroz celu konstrukciju.
Kako bi razvili materijal sa poboljšanom otpornošću na pucanje, istraživači su se ugledali na ljudsku kortikalnu kost, koja prirodno pruža visoku čvrstoću i otpornost na lomove. Ova kost sadrži eliptične cevaste komponente poznate kao osteoni, koji sprečavaju nagli lom.
Inspirisani ovom strukturom, istraživači su razvili cementnu pastu sa cilindričnim i eliptičnim cevima. Ove tubularne strukture deluju tako što apsorbuju energiju koja bi inače ubrzala širenje pukotina i time omogućavaju cementu da se odupre oštećenjima i izbegne naglo pucanje.
Jačanje betona geometrijom umesto dodatnim materijalima
Obično se beton ojačava plastikom, vlaknima ili drugim materijalima kako bi se povećala njegova otpornost na pucanje. Međutim, novi pristup fokusira se na geometriju, veličinu, oblik i orijentaciju tubularnih struktura, bez potrebe za dodatnim materijalima.
Reza Moini, profesor građevinskog inženjeringa na Prinstonu, objasnio je da pravilna upotreba geometrije može značajno unaprediti otpornost bez kompromitovanja drugih svojstava.
Moini i Gupta su napravili okvir za određivanje stepena poremećaja u strukturi koji može da pomogne u prilagođavanju materijala različitim potrebama građevinske industrije.
