„Jeigu pavyktų sukurti betoną, atsparų įtrūkių plėtimuisi, jis būtų kur kas tvirtesnis, saugesnis ir patvaresnis“, – sakė Prinstono universiteto Civilinės ir aplinkos inžinerijos katedros Reza Moini laboratorijos darbuotojas Shashankas Gupta
Birželio 10 d. žurnale „Advanced Functional Materials“ paskelbtame straipsnyje R. Moini, Civilinės ir aplinkos inžinerijos katedros docento, vadovaujama mokslininkų komanda nurodė, kad, pakaitomis susluoksniavus cemento pastą ir ploną polimerą, gautas kompozitas pasižymi ženkliai didesniu atsparumu įtrūkiui ir geresnėmis deformacinėmis savybėmis (plastiškumu).
Dirbdami su statybinėmis medžiagomis, R. Moini laboratorijos darbuotojai dažnai semiasi įkvėpimo iš biologijos. Šiuo atveju inžinierių komandos sukurtas kompozitas yra įkvėptas natūralios medžiagos perlamutro, kurios aptinkama tam tikrų moliuskų kriauklėse. S. Guptos teigimu, mikroskopiniu lygmeniu perlamutras sudarytas iš sluoksniais sugulusių šešiakampių kieto mineralo argonito plokštelių, tarp kurių yra minkšto biologinio polimero.
Argonito plokštelės stipriai padidina perlamutro tvirtumą, o biologinis polimeras suteikia šiai medžiagai lankstumo ir atsparumo įtrūkiui. Esant įtempiui, argonito plokštelės pasislenka. Dėl šios savybės ir kitų mechanizmų perlamutras geba išsklaidyti energiją. Plokštelių paslankumas, atsparumas įtrūkiui ir biologinio polimero deformacinės savybės leidžia perlamutrui atlaikyti didelį mechaninį įtempį neprarandant struktūrinio vientisumo. Taigi, perlamutras yra tvirtas ir plastiškas.
Savo eksperimentuose Prinstono universiteto mokslininkų komanda naudojo tradicines statybines medžiagas, tokias kaip portlandcemenčio pasta, ir jas pakaitomis sluoksniais maišė su itin tampriu polimeru – polivinilo siloksanu. Vėliau iš gauto mišinio jie suformavo nedideles daugiasluoksnes sijas, kurias išbandė atlikę trijų taškų lenkimo testą atsparumui įtrūkiui nustatyti.
Eksperimento metu tyrėjai pagamino trijų rūšių sijų. Pirmąją sudarė pakaitomis susluoksniuota cemento pasta ir plonas polimeras. Antrajai pagaminti jie panaudojo lazerį ir cemento pastos sluoksniuose išpjovė šešiakampių griovelių, į kuriuos įterpė plono polimero. Trečioji mini sijų rūšis buvo panaši į antrąją, tik mokslininkai lazeriu tiesiog supjaustė cemento lakštus į nedidelius šešiakampius cemento gabalėlius, sujungtus polimero sluoksniu. Cemento sluoksnis ant polimero sluoksnio guli panašiai kaip argonitas guli ant biologinio polimero sluoksnio perlamutre. Šios trys cemento kompozito rūšys buvo palygintos su referenciniu kietu (monolitiniu) cemento pastos liejiniu.
Eksperimentų metu referencinės sijos lūžo staiga, pasiekusios lūžio tašką, ir visiškai nepasižymėjo plastiškumu. Sijos su pakaitomis įterptais polimero sluoksniais (tiek su grioveliais, tiek be jų) pasižymėjo didesniu plastiškumu ir atsparumu įtrūkiui.
Reikšmingiausi rezultatai buvo pastebėti atlikus bandymą su lazeriu išpjautomis šešiakampėmis sijomis, savo sandara primenančiomis perlamutrą. Šios sijos buvo 19 kartų plastiškesnės, 17 kartų atsparesnės įtrūkiui ir beveik tokios pačios tvirtos kaip cemento pastos sijos.
Mokslininkai pažymėjo, kad jų radiniai yra paremti laboratorijos sąlygomis ir kad reikės papildomų eksperimentų ir tyrimų, norint sukurti praktiškai pritaikomą cemento kompozitą.
Parengta pagal SciTechDaily, Princeton University, Delfi arch. inf.