Tittar på Cement Dry

När han första gången hörde en kollega prata om cementforskning, säger Ronald Berliner, en kärnfysiker vid University of Missouri-Columbia, insåg jag med fasa att jag inte hade någon aning om vad cement var. Fyra år senare vet Berliner mycket om cement; i själva verket driver han ut gränserna för vad vi vet om denna allestädes närvarande men föga förstådda substans, som är avgörande för att tillverka betong - världens vanligaste industriella material.

Cement är en komplex blandning; Portlandcement (den typ som vanligtvis används för byggnader) är gjord huvudsakligen av silikater och aluminater, med ett stänk av natrium, kalium, svavel, järn och magnesia. Forskare har länge vetat att ingredienserna kombineras med vatten för att bilda hydrater, som binder sand och sten till betong. Ändå har en rigorös kemisk förståelse av denna process visat sig svårfångad, eftersom de flesta analytiska metoder inte fungerar på våt cement.

Den här historien var en del av vårt majnummer 1998

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Särskilt mystisk är den 6 till 8 timmar långa vilande fasen mellan den första korta perioden av snabb reaktion, när vatten först tillsätts till betongblandningen, och en senare period av snabb härdning. Berliner använder kvasielastisk neutronspridning till noll på en nyckelaspekt av den vilande fasen: reaktionen av trikalciumsilikat (den dominerande föreningen i cementblandningen) med vatten. Hans arbete avslöjar att när vatten tillsätts cement bildas en skorpa runt varje cementkorn. Därefter tar det längre och längre tid för vattenmolekyler att diffundera igenom till den torra cementen inuti. Den långsamma diffusionsprocessen står för den mystiska vilande fasen.

Berliner hoppas att att veta exakt hur trikalciumsilikat och vattenmolekyler kombineras kommer att leda till sätt att optimera reaktionen, vilket ger starkare, mer hållbar betong. Och även små förbättringar kan ge enorma besparingar, eftersom så mycket betong - 350 miljoner ton - tillverkas varje år runt om i världen.

Dessutom kan en förbättring av betongens hållfasthet minska volymen som krävs i strukturer, vilket skulle vara goda nyheter för miljön. Cementtillverkning är en stor boven i den globala uppvärmningen; uppskattningsvis 10 procent av de växthusgaser som genereras av mänsklig aktivitet bildas i cementproduktion, som också använder uppskattningsvis 3 procent av USA:s elproduktionskapacitet.

Berliner använder nu neutronspridningstekniker för att attackera betongpest som orsakar den snabba försämringen av många vägar och broar. Att hitta ett botemedel skulle göra att se cement torka mycket mer intressant än vad det från början kan verka.

Dölj