211service.com
Zelfherstellend beton gebruikt zonlicht om zijn eigen scheuren te herstellen
Zelfs de kleinste scheurtjes in het oppervlak van betonconstructies kunnen tot grote problemen leiden als ze niet onmiddellijk worden gerepareerd. Nu hebben onderzoekers een door zonlicht geïnduceerde, zelfherstellende beschermende coating aangetoond die is ontworpen om scheuren op het oppervlak van betonconstructies te repareren voordat ze uitgroeien tot grotere die de structurele integriteit aantasten.
Schadebeperking: Betonnen constructies zouden ooit in staat kunnen zijn om hun eigen oppervlaktescheuren te repareren.
Meer veerkrachtige betonconstructies zoals bruggen en viaducten kunnen overheden miljarden dollars besparen op jaarlijkse kosten voor reparaties en onderhoud. In de afgelopen jaren is een groeiend onderzoeksveld gericht op het ontwikkelen van zelfherstellende mechanismen voor een reeks materialen, waaronder beton. Er zijn verschillende benaderingen van zelfherstellend beton naar voren gekomen, waaronder pogingen om zelfherstellende mechanismen in beton zelf te construeren. Maar de auteurs van een nieuw artikel gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces zeggen dat hun gedemonstreerde technologie het eerste voorbeeld is van een zelfherstellende beschermende coating voor beton.
Eerdere benaderingen van zelfherstellende betonsystemen waren vooral gericht op het herstellen van de sterkte van beschadigd beton, zegt: Chan-Moon Chung , een professor in polymeerchemie aan de Yonsei University in Zuid-Korea die het onderzoek leidde. Zijn groep koos ervoor om zich te concentreren op het beschermen van het oppervlak, waar kleine scheurtjes water, chloride-ionen van dooizout of zeewater en koolstofdioxide de structuur kunnen laten binnendringen, wat kan leiden tot schadelijke aantasting.
De nieuwe coating bevat microcapsules van polymeer, gevuld met een oplossing die bij blootstelling aan licht verandert in een waterbestendige vaste stof. Het idee is dat schade aan een gecoat betonnen oppervlak ertoe zou leiden dat de capsules openbreken en de oplossing vrijgeven, die vervolgens de scheur zou vullen en in zonlicht zou stollen.
Onderzoekers hebben ontwikkeld een reeks op microcapsules gebaseerde, zelfherstellende systemen in recente jaren. Over het algemeen bestaan ze uit een genezend middel, vaak een polymeer gecombineerd met een katalysator. De systemen zijn zo ontworpen dat beschadiging het helende middel, oorspronkelijk in oplossing, in contact brengt met de katalysator, waardoor het helende middel stolt. Maar er zijn beperkingen aan dit systeem, zegt Chung, zoals de beschikbaarheid en kosten van de katalysator. Omdat zonlicht de belangrijkste reactie in de nieuwe coating van zijn groep veroorzaakt, heeft het het voordeel dat het katalysatorvrij en mogelijk goedkoop is, zegt hij. Chung zegt dat het polymeer dat zijn groep koos als genezend middel aantrekkelijk is omdat het zelfs bij zeer lage temperaturen niet bevriest en als milieuvriendelijk wordt beschouwd.
Om de effectiviteit van de coating aan te tonen, sproeiden de onderzoekers deze op het oppervlak van betonmonsters en gebruikten scheermesjes om kleine scheurtjes aan te brengen. Scanning-elektronenmicroscopie bevestigde dat het scheermesje ervoor zorgde dat de microcapsules hun inhoud vrijgaven, waardoor het beschadigde gebied werd gevuld. Nadat de onderzoekers monsters enkele uren aan zonlicht hadden blootgesteld, toonde verdere microscopie genezing, terwijl beschadigde gebieden in controlemonsters ongevuld bleven. Ten slotte bevestigden de onderzoekers dat monsters met de nieuwe coating veel minder kwetsbaar waren voor penetratie van water en chloride-ionen dan controles.
Chung zegt dat de volgende taak van zijn groep is om de optimale samenstelling van de coating te bepalen en aan te tonen dat deze gedurende een langere tijd stabiel blijft. Hij zegt dat de groep tot nu toe heeft aangetoond dat de coating een jaar stabiel kan blijven.