Хрупкость лучше для производства цемента: модели подробно описывают, как дефекты влияют на эффективность производства бетона

Лаборатория Райса физика-теоретика Рузбеха Шахсавари изучает эти детали вплоть до атомного уровня. Лаборатория опубликовала результаты компьютерного моделирования, в которых подробно описано, как дислокации — винтовые дефекты — в сырых кристаллах, используемых для бетона, влияют на то, насколько эффективно это может быть сделано.

Исследование, опубликованное в этом месяце в Журнале Американского керамического общества, показывает, что силикаты трикальция (C3S), состоящие из чистых ромбоэдрических кристаллов, лучше других подходят для производства «клинкеров»."Клинкер — это круглые комки C3S, которые при измельчении в порошок смешиваются с водой, чтобы получить цемент, клей, который скрепляет гравийный бетон. Чем легче клинкер измельчать, тем меньше энергии требуется производителю для его измельчения.

В прошлом году лаборатория Шахсавари сообщила, что горячий клинкер легче измельчать. Они также изучили пагубное влияние винтовых дислокаций на то, насколько хорошо полученный порошок смешивается с водой.

На этот раз лаборатория построила компьютерные модели молекулярных структур, которые составляют несколько часто используемых типов C3S, чтобы увидеть, какие из них были более хрупкими, несмотря на неизбежные дислокации, которые скручивают кристаллы в непредсказуемые образования. (Чем хрупче, тем лучше.)
Они также стремились понять, как дефекты микроскопических кристаллов влияют на способность порошка реагировать с водой, и обнаружили, что ромбоэдры также более реактивны к воде, чем два изученных ими моноклинных клинкера. Ромбоэдрические кристаллы имеют края одинаковой длины; моноклинные кристаллы не.

«Понимание и количественная оценка структуры, энергетики и влияния дефектов на механику и реакционную способность кристаллов цемента является фундаментальной и инженерной задачей», — сказал Шахсавари. «Эта работа является первым исследованием, в котором атомистическая линза исследует ключевые характеристики винтовых дислокаций, типичного линейного дефекта в C3S, который является основным ингредиентом портландцемента."
Шахсавари настаивал на важности максимального использования энергии при производстве бетона, и эту позицию поддержали участники прошлогоднего саммита по климату в Париже. В то время он отметил, что ежегодное мировое производство более 20 миллиардов тонн бетона вносит от 5 до 10 процентов углекислого газа в глобальные выбросы, уступая только транспорту и производству энергии как производителям парниковых газов.
По словам Шахсавари, помимо результатов этой работы, это исследование прокладывает путь к исследованию таких других дефектов, как краевая дислокация, переходы от хрупкого к пластичному состоянию и деформации двойникования в цементе.

Вместе они предоставят новые физические идеи и стратегии для настройки энергии измельчения и реакционной способности цемента, что снизит потребление энергии и выброс углекислого газа, связанный с бетоном.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *