Beton – cel mai popular material artificial pe Pământ nu este oțelul, plasticul sau aluminiu – este betonul. Cu mii de ani în urmă, am folosit-o pentru a construi civilizații, însă atunci cunoștințele noastre despre modul de a face acest lucru au fost pierdute. Iată cum am descoperit betonul, l-am uitat și, în cele din urmă, am spart misterul a ceea ce o face atât de puternică.
Atunci când ne gândim la beton, de obicei imaginam trotuare albe, piscine și fundații pentru clădiri. Cei mai mulți dintre noi nu sunt conștienți de povestea de origine vulcanică a betonului sau că betonul este o industrie de 100 de miliarde de dolari. De fapt, este materialul cel mai utilizat pe planetă după apă. Ton pentru ton, oamenii folosesc astăzi mai mult beton decât oțelul, lemnul, materialele plastice și aluminiu combinate.
Piatra lichida
Spre deosebire de aluminiu, oțel sau plastic, cuvântul „beton” nu se referă la un singur material. Poate fi orice număr de substanțe care combină roci sau pietriș cu un fel de material adeziv.
Practic, betonul este doar o grămadă de moloz amestecat cu apă și ciment. Împreună, aceste ingrediente formează un jello stâncos care poate fi turnat într-o matriță și format în tot ce dracu vă place. Piatra lichida, uneori este chemata. Considerăm că astăzi, dar în vremuri străvechi, când oamenii au sculptat clădiri cu sculptură în mână, din pietre uriașe de piatră, puteți să vă pariați cărămizile, un material ca betonul ar fi părea chiar magic.
Există dovezi că oamenii au fost tinkering cu beton de mii de ani. Dar romanii au stăpânit cu adevărat meseria și probabil că au învățat despre asta de la vulcani.
Născut într-un vulcan Fiery
Peste acum două mii de ani, la înălțimea imperiului roman, orașul portuar Pozzuoli era un centru de activitate militară și comerț. În fiecare zi, navele au părăsit Pozzuoli încărcate cu bunuri utile, printre care boabe, fier, arme și pozzolana , un nisip vulcanic cenușiu format în campia Flegrei din apropiere.
De ce au fost romii exportatori de vultur vulcanic în colțurile îndepărtate ale lumii cunoscute? Se întâmplă astfel ca acest nisip să fie special. Se amestecă cu apă și se formează un mortar suficient de puternic pentru a lega bucăți de rocă într-un material impenetrabil, care poartă sarcini. După cum remarcă filozoful roman Seneca, „praful de la Puteoli [numele latin al orașului] devine piatră dacă atinge apă”. Nimeni nu știa de ce.
Cu mult noroc, romanii construiseră un oraș pe o fabrica de ciment natural. Se pare că pozzolana este un amestec de oxizi de siliciu și var, două dintre cele trei ingrediente cheie din ciment (a treia fiind apa). Până în acest an, un geochimist din Stanford a elaborat modul în care se formează această cenușă neobișnuită.
Interiorul adânc al calderei lui Campi Flegrei este căptușit în calcar, o piatră moale, fărâmată, compusă din carbonat de calciu (CaCO3). Pe măsură ce apa de încălzire geotermală spală peste pereții calcarului, aceasta declanșează o reacție de decarbonare, eliberând gazul de CO2 și lăsând în urmă hidroxidul de calciu, altfel cunoscut sub numele de var hidratat. Iată reacția care descrie acest proces:
CaCO3 (calcar) + căldură + H2O> Ca (OH) 2 + CO2
Lichidele geotermale circulante din interiorul Campi Flegrei aduc o parte din acest var mai aproape de suprafață, unde se combină cu o cenușă bogată în silice pentru a forma o caprock impermeabil, asemănător cimentului. Dar, în cele din urmă, se ridică suficientă presiune în interiorul vulcanului, încât acest caprock se îndoaie și se rupe. Când se întâmplă acest lucru, aceleași ingrediente de formare a cimentului se rotesc spre cer, ca cenușă pozzolana .
Geochimist Tiziana Vanorio suspectează vechii romani vizionat primapuzzolană întărire în ciment în apa de mare din jurul Campi Flegrei. Ei au cooptat procesul natural, amestecând bucăți mici de piatră ponce – o piatră vulcanică poroasă care se formează atunci când magma supraîncălzită este răcită rapid. Și așa sa născut betonul roman. A devenit un material de construcție iconic al lumii antice și este motivul pentru care multe structuri romane, inclusiv Colosseul și Panteonul, au supraviețuit până în prezent.
După căderea imperiului roman, arta de a face beton a fost uitată. A revenit treptat secole mai târziu, dar nu a devenit din nou răspândită până în 1824, când Joseph Aspdin a dezvoltat și brevetat cimentul Portland .
Principalul ingredient din cimentul Aspdin? Silicații de calciu, formați prin încălzirea calcarului și a argilelor bogate în silice într-un cuptor la aproximativ 1 100 ° F. Așa cum făcea Campi Flegrei de mii de ani.
Soiuri moderne
Astăzi, cimentul Portland este destul de literal ca adezivul care ține lumea împreună, formând baza de beton, mortar, stuc și mortar. Principala inovație a imperiului post-roman a fost adăugarea de oxizi de aluminiu și fier, care adaugă rezistență și permit formarea de silicați de calciu la temperaturi mai scăzute.
Iată o rețetă generală pentru clincherul Portland (versiunea uscată, pulverizată a cimentului). Proporțiile variază în funcție de aplicație, în funcție de proprietățile materiale ale cimentului dorite.
| Ciment | CCN | Masa% |
|---|---|---|
| Oxid de calciu, CaO | C | 61-67% |
| Dioxid de siliciu, SiO 2 | S | 19-23% |
| Oxid de aluminiu, Al 2 O 3 | A | 2.5-6% |
| Oxid feric, Fe 2 O 3 | F | 0-6% |
| Sulfat | s | 1.5-4.5% |
CCN = notația chimistului de ciment. Prin Wikipedia
Dar amintește-ți! Betonul nu este doar ciment. Aici lucrurile se complică puțin. În vremurile moderne, am descoperit o mulțime de aditivi care pot fi folosiți în funcție de situația în care încercați să construiți un autostradă, un baraj, un rezervor, o pistă, o barcă sau o clădire. Există aditivi care măresc conductivitatea electrică a betonului, rezistența, ductilitatea și rezistența la coroziunea acidă. Există agenți chimici care încetinesc hidratarea betonului, acceleratoarele care o accelerează și plastifianții care duc la creșterea gradului de workabilitate. Există inhibitori de coroziune. Există pigmenți. Există pietre decorative și scoici.
Betonul este de fapt o mizerie. Îți voi scuti de detaliile enciclopedice și de a atinge câteva soiuri importante, interesante și futuriste pe care cred că merită să le cunoști.
Beton armat
Betonul are o rezistență mare la compresiune, ceea ce înseamnă că poate avea o greutate mare fără a fi zdrobit. Acest lucru îl face un material excelent pentru construcții și fundații rutiere. Dar betonul obține urme slabe pentru rezistența la tracțiune. Dacă se îndoaie, se crăpește. Acesta nueste un bueno pentru poduri, grinzi și coloane. Pentru a îmbunătăți ductilitatea betonului, adăugăm bare de oțel, fibre de sticlă sau plastic înainte să se fixeze. Aceasta se numește beton armat.
Romanii s-au gândit și la asta. Își adăugau părul de cai în beton pentru a-l împiedica să curețe în timp ce se întărea.
Concrete permeabil
Un parc de beton permeabil instalat în Chicago. Imagine prin Flickr
Cele mai multe betrete formează o suprafață impermeabilă, adică apă le-a lovit și se execută imediat. Pătrunderea betonului, cunoscută și sub denumirea de pavaj poros, face opusul – particulele mai mari permit precipitarea să se deplaseze până la sol. Aceasta este de fapt o idee minunată, deoarece suprafețele impermeabile provoacă inundații urbane și contribuie la poluarea apelor pluviale. În viitor, betonul pătruns va deveni o parte importantă a peisajului durabil al infrastructurii.
Nano Beton
Atunci când amestecați ciment, nisip și apă la energii ridicate, particulele încep să zboare în jurul valorii super-rapide, se ciocnesc unul cu celălalt și se separă. În cele din urmă, ați rămas cu un amestec de mici granule de nanoparticule. Aceasta se numește nanoconcrete . Datorită mărimii foarte mici a particulelor, nanoconcreteul are un raport de suprafață mare / volum, ceea ce îi permite să absoarbă mult mai multă apă decât betonul obișnuit. Mai multă apă înseamnă un material mai fluent, mai ușor, care poate fi folosit pentru a arunca detalii arhitecturale mici și obiecte decorative, cum ar fi această plăcuță minunată:
Nanoconcrete nu este utilizat pe scară largă astăzi, dar este interesant din punct de vedere economic și de mediu . Hidratarea betonului vă permite să întindeți materialul în continuare, ceea ce reduce în cele din urmă emisiile de carbon pe cap de locuitor (procesul de încălzire implicat în producția de silicat de calciu reprezintă un procent de 7% din emisiile globale de CO2). Hei, atâta timp cât nu se destramă, sunetele mă umflă.
Microbial Beton
Acesta este cu siguranță tipul meu preferat de beton și, eventual, unul dintre cele mai tari materiale imaginate vreodată. Anumite bacterii, inclusiv Bacillus pasteurii , Bacillus pseudofirmus și Crystalopoietes Arthrobacter,precipită activ cristale în jurul celulelor lor într-un proces cunoscut sub numele de biomineralizare.
Împreună cu secrețiile de zahăr și proteine, aceste minerale formează un adeziv puternic și lipicios. Cu câțiva ani în urmă, unii oameni de știință inteligenți au înțeles că microbii care biomineralizează ne-ar putea ajuta să construim un beton mai puternic, mai rezistent la coroziune, poate chiar auto-vindecător .
Până în prezent, rezultatele cercetării par promițătoare. Dacă această tehnologie se termină cu decolarea, infrastructura viitorului ar putea fi literalmente viu.
Source: Link
