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  • A close-up view of the pore network f要么 a sample of cement.

    A close-up view of the pore network f要么 a sample of cement.

    Photo: Katerina Ioannidou, et al.

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Expl要么ing the effects of moisture and drying on cement

A close-up view of the pore network f要么 a sample of cement.

Study investigates capillary-induced deformations in cement’s p要么ous structure.


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安德鲁·洛根
电子邮件: alogan@mit.edu
电话:617-715-5104
MIT 具体 可持续性 Hub

虽然它被用来构建一些世界上最大的结构,事实证明,水泥实际上有共同之处海绵。

高度多孔的材料,水泥倾向于从沉淀,甚至环境湿度吸收水分。而正如取决于含水饱和度海绵的形状发生变化,所以也没有水泥的,根据澳门太阳城最新网站最近开展的工作。

In a paper published in the Proceedings of the National Academy of Sciences,研究人员在澳门太阳城最新网站的混凝土可持续发展中心(cshub),法国国家科学研究中心(CNRS)和艾克斯 - 马赛大学讨论材料的多孔网络是如何吸收水分并提出如何干燥永久重新排列材料,并导致潜在的结构损坏。

但了解水是如何改变水泥的孔隙结构,首先必须看它如何促进这个非常相同结构的形成。

水泥膏开始作为仔细混合而成的成分,包括钙,铁,铝和硅构成的干燥粉末。从这里,将这种粉末与水按一定比例混合形成水泥糊。这是那里的孔网络开始形成。

一旦水和粉末混合物,它们一起反应并产生称为硅酸钙水合物(CSH)化合物,也称为水泥水合物。

“水泥水合物是小,对纳米尺度,”听涛周,在物理系的博士生和纸张的主要作者。 “这些都是水泥的基石。”

水泥水化过程中,水泥水合物的纳米晶聚合彼此,形成胶合所有所有成分一起网络。而这给水泥其强度,水泥水化物之间的空间中创建水泥浆体广泛的孔网络。

“你有一个相互连接的可变大小的无数个空隙,”介绍周。 “就变得非常复杂。并且,因为他们是如此之小,你甚至不需要雨水,以填补他们。即使环境湿度可以填补这些毛孔。”

This poses a problem when trying to study the drying of a pore netw要么k.

“假设你只有水合硅酸钙的两粒;你能想象他们之间有一些冷凝水,”周说。 “在这种情况下,很容易测量孔隙水和该冷凝的压力,我们称之为毛细管压力。但是当你有晶粒数量庞大的水分布变得非常复杂 - 几何变得一团糟“。

应对水水泥凌乱的孔隙网络,周某和卡捷琳娜ioannidou,研究科学家与法国国家科学研究中心和澳门太阳城最新网站能源倡议和论文的通讯作者,先用两个问题搏斗

第一是部分饱和。由于孔隙网络是如此复杂,水变得不均匀分布,这使得难以计算其分布。 

The second issue is that of multiple scales.

“在过去,研究人员将研究在原子无论是规模还是上连续,或可见,大规模的水在孔隙中的运动,”周报告。 “这意味着他们失去了很多的中尺度信息 - 这是原子论和连续尺度之间。”

在过去十年中,ioannidou,与研究人员罗兰pellenq,弗朗茨 - 约瑟夫乌尔姆,西德尼·普一起,并EMANUELA乔治敦大学的德尔加多都致力于促进水泥的造型在不同层次。此最近的一篇论文在他们的工作画上处理这些问题。

利用计算建模技术,周和ioannidou计算水的细孔内如何分配,然后确定该水施加在孔壁上的力。一旦完成,它们组合在一起的毛孔和模拟干燥的中尺度的影响。

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尽管这些变化似乎很小,但不一定微不足道。 “我们发现,中尺度不可逆转的结构性变化,”周说。 “它没有传播到更大的规模呢。但会发生什么,当我们有许多多年来这些干燥周期的?”

虽然它是太早知道这种结构变化究竟如何影响混凝土结构,周希望开发一种新的模型来研究干燥的长期后果。

“In this paper, we have dealt with different spatial scales. But we have yet to deal with different 时间 秤。发生在一段纳秒的这些变化,我们希望看到在混凝土结构的典型寿命的影响力,”他说。

不过,这种计算方法代表了一种新的方式,以更好地了解干燥的水泥中的作用。 “过去的物理实验,这是非常难以观察如此大规模的破坏。但计算使我们能够模拟这种破坏,”周说​​。 “这是计算的功率。”

The MIT 具体 可持续性 Hub (cshub)是研究人员来自全国各地澳门太阳城最新网站的几个部门对混凝土和基础设施的科学,工程和经济学的工作团队。它的研究是由波特兰水泥协会和预拌混凝土的研究和教育基金会的支持。


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