По-устойчив бетон чрез графен

Графенът е форма на въглерода, изградена от единичен слой атоми в шестоъгълни клетки. Той е бил инкорпориран в производството на традиционен бетон от учени от Ексетърския университет във Великобритания. Така се е образувал композитен материал, който е с два пъти по-голяма якост и четири пъти по-водоустойчив от съществуващите смеси.

Новата техника позволява отлагане на слой от графен във вода, което я различава от предишни опити да бъде въведена нанотехнология в бетона, които се фокусират върху видоизменянето на компонентите на цимента. Методът произвежда бетон с високо качество и по-малко дефекти от традиционния. Според експертите, използван заедно със съвременните техники, той може да бъде произвеждан и в големи количества на сравнително ниска цена.

Композитът може да се използва директно на работните площадки, като по този начин позволява строителство на стабилни и устойчиви сгради с употребата на по-малко бетон. По този начин се намаляват и емисиите на парников газ. Графенът е позволил на проучвателите да използват само около половината материали, за да произведат бетон. Повишената водоустойчивост на композита го прави подходящ за строителство на труднодостъпни места. Според учените принципът може да бъде използван за въвеждането на други наноматериали в бетона в бъдеще, които да доведат до иновации в други направления.

Графенът е произведен за първи път в Манчестърския университет през 2004 г., което довежда до Нобелова награда за проучвателите Андре Гейм и Константин Новоселов през 2010 г. Структурата му му дава силни физически качества като ефективна електро- и топлопроводимост и необикновена якост.

Бетонът, от своя страна, е материал, използван още от римляните. Той, заедно със стоманата, е един от най-често използваните, но емисиите на парников газ от производството на бетон и цимент са високи не само заради енергията, която се използва за това, а и защото химическите процеси изискват разпадане на варовик и освобождаване на въглероден диоксид. Трябва да бъдат взети сериозни мерки в производството на цимент, за да може Парижкото споразумение относно изменението на климата да постигне своите цели. Според организацията Carbon Disclosure Project този сектор произвежда 6% от емисиите на въглероден диоксид в света.

Тестваните досега проби отговарят на британските и европейските стандарти, така че употребата на този материал би била възможна. Според водещия автор на проучването, Димитър Димов, откриването на по-зелени методи за строителство е сериозен фактор за намаляването на емисиите на въглероден диоксид и „решаваща стъпка в правилната посока за създаването на по-устойчива строителна индустрия.“

Графен аерогел с тегло само 0.16 милиграма на кубичен сантиметър, поставен върху цвете. | Photograph: Long Wei/EPA

Какво още трябва да знаем за графена?

В момента цената му е много висока – няколкостотин долара за килограм, но за сметка на това той крие голям потенциал. Европейският съюз е готов да инвестира един милиард евро в периода 2013-2023 г., за да открие дали той може да трансформира редица сектори като електроника, енергетика, здравеопазване и строителство.

Материалът се извлича от графит и като него е изграден изцяло от въглеродни атоми. Един милиметър графит съдържа около три милиона слоя графен. Разликата се крие в това, че той е с триизмерна кристална структура, а графенът е еднослоен, с дебелина само един атом. Материалът е по-добър проводник на електричество от медта. Той е 200 пъти по-якостен от стоманата, но шест пъти по-лек. Също така е почти съвършено прозрачен, поемайки само 2% светлина, не пропуска газове и има способността да променя качествата си, когато се добавят химикали към повърхността му.

Още за иновациите в бетона можете да прочетете тук.