Gvožđe u hrastu, beton u problemu? Nova faza u razvoju konstruktivnih materijala
Nanočestice gvožđa povećale su krutost drveta za 260%, a čvrstoću za 127% – bez značajnog povećanja težine i uz zadržanu ekološku održivost.
Iako se drvo pokazalo kao održiva alternativa konstrukcionim materijalima poput čelika i betona, ono i dalje po pravilu ima slabije konstruktivne karakteristike od tih materijala. Naučnici su sada krenuli u rešavanje tog nedostatka tako što su ojačali drvo dodavanjem gvožđa.
Na taj način, istraživači su postavili temelje za novu generaciju materijala na bazi biomase koji imaju potencijal da zamene tradicionalne materijale u konstrukcionim primenama. Otkrijte kako to (za sada) funkcioniše u laboratoriji.
Pročitajte još na Gradnja.rs:
Kalemljenje gvožda sa hrastom
Tim istraživača sa Univerziteta Florida Atlantic (FAU), koji vodi docentkinja Vivian Merk, započeo je istraživanje sa kockama neobrađenog crvenog hrasta. Naime, crveni hrast, kao i druga tvrda drva poput javora, trešnje i oraha, primer je tzv. prstenasto-poroznog drveta. U osnovi, to znači da koristi velike, prstenaste unutrašnje sudove kako bi povukao vodu od korena do lišća.
Naučnici su zatim pomešali gvožđe-nitrat sa kalijum-hidroksidom, te su dobili tvrdi mineral gvožđe-oksid poznat kao nanokristalni ferihidrit, koji se inače prirodno javlja u zemljištu i vodi. Zatim, korišćenjem vakumskog procesa impregnacije, nanočestice ovog ferihidrita su uvučene u drvo i smeštene unutar pojedinačnih ćelijskih zidova.
Ovom intervencijom ojačani su ćelijski zidovi drveta, čime se krutost drveta povećala za 260,5%, a čvrstoća za 127 procenata.
Od zgrada do megaprojekata
Međutim, u daljem procesu istraživanja je uočeno da kada bi se modifikovano drvo crvenog hrasta savilo ili slomilo, to bi se činilo na sličan način kao i kod nemodifikovanih uzoraka. Pretpostavili su da se ovo verovatno dešava zbog toga što su ojačani samo zidovi ćelija, ali ne i veze između ćelija.
Važno je napomenuti da je dodatak ferihidrit nanočestica povećao težinu drveta samo u manjoj meri. Takođe, pošto su čestice netoksične, ne bi trebalo da predstavljaju pretnju po životnu sredinu kada se drvo jednog dana odbaci ili reciklira.
„Naši istraživači postavljaju temelje za novu generaciju materijala na bazi biomase koji imaju potencijal da zamene tradicionalne materijale poput čelika i betona u konstrukcionim primenama“, izjavila je dr Stela Batalama, dekanka FAU Fakulteta za inženjering i računarstvo.
„Uticaj ovog rada ne prevazilazi samo oblast inženjeringa, već on doprinosi i globalnim naporima da se smanje emisije ugljen-dioksida, količina otpada, i da se prihvate održiva, prirodom inspirisana rešenja za sve, od zgrada do velikih infrastrukturnih projekata“ – dodala je Batalama.
