Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри
Как основной строительный материал во всем мире, цемент подвергается множеству различных условий, физиологических и метеорологических, вызванных экстремальными температурами, влажностью, давлением и т.д.
В Антарктиде цемент охлаждается до 80 градусов ниже нуля, а в местах рядом с источниками высокой температуры — до нескольких сотен градусов выше нуля.
В каждом из случаев вода в составе цемента замерзает или испаряется, что в итоге провоцирует образование микротрещин.
— Описать поведение воды в мельчайших порах важно, чтобы понять свойства материала, пояснил исследователь Хегой Манзано из университета страны Басков, который занимался проектом совместно с учеными из университета Тохоку, Япония.
Учитывая сложность поведения воды в столь малых порах до нанометра в диаметре, исследователи методы молекулярной симуляции, которые подражают взаимодействию между составляющими цемент атомами. Это помогло определить, как они ведут себя в целом, а также выявить свойства таких взаимодействий.
Испытания проводились при температурах от -170 до 300 градусов.
Вода не кристаллизуется при температуре ниже нуля
По итогам симуляций ученые заметили, что при экстремально низкой и экстремально высокой температурах имеет место существенное изменение объема.
— Полностью противоположные эффекты привели к идентичным последствиям, заметил Манзано.
При высокой температуре вода испаряется и исчезает из пор. Под давлением самого материала пустоты разрушаются, и образуются микроразломы и микротрещины. В конечном счете, это может привести к разрушению цемента.
При экстремально низкой температуре вода в порах замерзает и расширяется.
— Здесь важно знать, что ввиду крайне малого размера пустот вода не кристаллизуется, подчеркнул ученый. — Однако места вполне достаточно для расширения, в результате которого также образуются микротрещины.
Результаты данного исследования могут привести к созданию новой, более совершенной формулы цемента для использования в условиях экстремальных температур. Некие добавки могут, например, компенсировать расширение или разрушения цемента в нефтяных скважинах.
