Pasta ma strukturę rurową inspirowaną strukturą ludzkich kości
Urszula Lesman
Naukowcy z University of Princeton opracowali pastę, która jest 5,6 razy mocniejsza niż cement, zaprawa murarska i inne konwencjonalne materiały budowlane na bazie cementu. Pasta ma strukturę rurową, inspirowaną strukturą ludzkiej kości korowej, która tworzy zewnętrzną warstwę kości udowej. Pasta może znacznie zwiększyć odporność na powstawanie pęknięć i poprawić zdolność do odkształcania się bez nagłego uszkodzenia.
Do czego można wykorzystać nowy materiał budowlany
Ta zainspirowana przez biologię pasta ma również potencjał zastąpienia tworzyw sztucznych i materiałów na bazie cementu wzmacnianego włóknami.
Materiały na bazie cementu używane do budowy budynków muszą mieć wysoki poziom wytrzymałości i odporności, tak by konstrukcja mogła znosić znaczne obciążenia, a także by była ona w stanie skutecznie poradzić sobie z pęknięciami i uszkodzeniami. Budynek wykonany z materiału o niskiej wytrzymałości może nagle się zawalić. „Jednym z wyzwań w projektowaniu kruchych materiałów budowlanych jest to, że ulegają one nagłemu, katastrofalnemu uszkodzeniu” – podkreśla Shashank Gupta, główny badacz i doktorant na Uniwersytecie Princeton. Dlatego tak ważne jest tworzenie materiałów budowlanych, które wykazują wysoką odporność na pękanie. W przypadku uszkodzenia takie materiały powinny również być w stanie bezpiecznie rozłożyć uderzenie na całą konstrukcję, zamiast prowadzić do nagłego zawalenia.
Naukowcy, szukając materiałów, które naturalnie posiadają wysoką wytrzymałość i twardość, zainspirowali się ludzką kością korową, która jest odporna na złamania i zapewnia kości udowej siłę potrzebną do podtrzymywania obciążenia ciała. „Kość korowa składa się z eliptycznych, rurkowatych elementów znanych jako osteony, słabo osadzonych w organicznej matrycy. Zapobiega to nagłemu uszkodzeniu i zwiększa ogólną odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć” — wyjaśnił Gupta.
Kluczowe rurki
Zazwyczaj cement jest wzmacniany plastikiem, włóknem i innymi materiałami w celu zwiększenia jego wytrzymałości. Zainspirowani rurkowatą strukturą kości korowej, naukowcy opracowali pastę cementową zawierającą cylindryczne i eliptyczne rurki. Te rurkowate struktury poprawiły właściwości cementu odpornego na pęknięcia, podobnie jak osteony wzmacniają kość udową.
Na przykład, kiedy pęknięcie pojawia się w strukturze wykonanej z pasty cementowej, jest ono uwięzione przez rurki, opóźniając jego rozprzestrzenianie się na inne sekcje. Proces ograniczania pęknięcia pochłania energię. To ta sama energia, która w przeciwnym razie spowodowałaby szybkie powiększenie pęknięcia.
Dzięki nowej strukturze nowy materiał ma być bardziej odporny niż beton, jeden z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych we współczesnym budownictwie.
