USCOSDC - Nhà nghiên cứu Khoa học Vật liệu thuộc Đại học Rice, Rouzbeh Shahsavari và Nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ Ning Zhang đã phân tích hơn 600 mô hình ma trận bên trong khối bê tông, đây là một nghiên cứu quan trọng trong quá trình tạo ra các loại vật liệu có đặc tính vượt trội.
Shahsavari và nhóm của ông đưa ra các nhìn nhận mới, các hướng dẫn thiết kế và chiến lược để tạo ra xi măng hydrat, được biết đến như canxi silicat hydrat (C-S-H) từ trung tâm của khối bê tông. Nhóm phát hiện ra rằng trong bê tông có thể xuất hiện các điểm giòn trên quy mô lớn, kết hợp với cơ chế uốn các vết gãy ở cấp độ nano.
C-S-H là khối nhỏ nhất trong bê tông và nhóm của Shahsavari muốn hiểu và kiểm soát lợi thế của nó. Mô hình hóa sự tương tác giữa các phân tử giúp chúng ta hiểu rõ cấu trúc nano của chúng, các khuyết tật và sức bền. Tuy nhiên, điều này rất khó để tìm ra thông qua các thí nghiệm đơn lẻ.
Một chuỗi các nghiên cứu mới đây từ phòng thí nghiệm của Rice đã cho thấy sự tương tác giữa các khoảng trống không khí ngẫu nhiên hoặc các hạt portlandite ngẫu nhiên trong C-S-H ảnh hưởng đến đặc tính cơ học, sức mạnh, độ bền, độ dẻo dai của bê tông.
Sử dụng các mô phỏng tương tác phân tử, các nhà nghiên cứu tìm ra rằng các vết nứt gãy có xu hướng đi theo hướng có độ kháng thấp nhất và xoay theo hướng của một trong 2 khoảng trống nano hay hạt portlandite chúng gặp. Bằng cách làm lệch hướng hoặc thay đổi hình dạng của vết nứt, các khoảng trống và các hạt sẽ mất năng lượng. Shahsavari cho biết điều này có thể góp phần nâng độ dẻo dai của tổng thể bê tông.
Từ hơn 30 tỷ tấn bê tông được sử dụng mỗi năm và chúng tạo ra đến 10% lượng khí thải carbon dioxide trên toàn cầu, chỉ một tinh chỉnh nhỏ trong cấu trúc bê tông cũng có thể là một nỗ lực có giá trị lớn, Shahsavari và nhóm của ông hy vọng.
Theo Science Daily