211service.com
Cement droog kijken
Toen hij voor het eerst een collega hoorde praten over cementonderzoek, zegt Ronald Berliner, een kernfysicus aan de Universiteit van Missouri-Columbia, realiseerde ik me met afschuw dat ik geen idee had wat cement was. Vier jaar later weet Berliner veel over cement; in feite verlegt hij de grenzen van wat we weten over deze alomtegenwoordige maar weinig begrepen substantie, die cruciaal is bij het maken van beton - 's werelds meest voorkomende industriële materiaal.
Cement is een complex mengsel; Portlandcement (het type dat gewoonlijk voor gebouwen wordt gebruikt) is voornamelijk gemaakt van silicaten en aluminaten, met een snufje natrium, kalium, zwavel, ijzer en magnesiumoxide. Wetenschappers weten al lang dat de ingrediënten samen met water hydraten vormen, die zand en steen in beton binden. Toch is een rigoureus chemisch begrip van dit proces ongrijpbaar gebleken, omdat de meeste analytische methoden niet werken op nat cement.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 1998
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Bijzonder mysterieus is de 6 tot 8 uur durende rustfase tussen de eerste korte periode van snelle reactie, wanneer water voor het eerst aan het betonmengsel wordt toegevoegd, en een latere periode van snelle uitharding. Berliner gebruikt quasielastische neutronenverstrooiing om in te zoomen op een belangrijk aspect van de slapende fase: de reactie van tricalciumsilicaat (de belangrijkste verbinding in het cementmengsel) met water. Zijn werk laat zien dat wanneer water aan cement wordt toegevoegd, er zich een korst vormt rond elke cementkorrel. Daarna duurt het steeds langer voordat watermoleculen diffunderen naar het droge cement binnenin. Dat langzame diffusieproces verklaart de mysterieuze slapende fase.
Berliner hoopt dat als we precies weten hoe de tricalciumsilicaat- en watermoleculen worden gecombineerd, dit zal leiden tot manieren om de reactie te optimaliseren, wat sterker, duurzamer beton oplevert. En zelfs kleine verbeteringen kunnen enorme besparingen opleveren, omdat er wereldwijd zoveel beton - 350 miljoen ton - per jaar wordt gemaakt.
Bovendien zou het verbeteren van de sterkte van beton het benodigde volume in constructies kunnen verminderen, wat goed nieuws zou zijn voor het milieu. Cementproductie is een grote boosdoener in het broeikaseffect; naar schatting 10 procent van de broeikasgassen die door menselijke activiteit worden gegenereerd, wordt gevormd bij de cementproductie, die ook naar schatting 3 procent van de Amerikaanse elektriciteitsproductiecapaciteit gebruikt.
Berliner gebruikt nu neutronenverstrooiingstechnieken om de betonplaag aan te vallen die de snelle achteruitgang van veel wegen en bruggen veroorzaakt. Het vinden van een remedie zou het kijken naar het drogen van cement een stuk interessanter maken dan het in eerste instantie lijkt.