Funtionalized graphene reinforced cementitious materials for greener construction

Grönare byggande genom grafenförstärkning av cementbaserade byggnadsmaterial Byggnadsmaterial har oerhört stor betydelse från såväl miljösynpunkt som funktionssynpunkt för en hållbar samhällstillväxt på grund av sin stora andel av resursanvändningen och bärande funktion med behov av lång livslängd. Materialfel i byggnaden och infrastrukturen kan orsaka katastrofer samt ge allvarliga ekonomiska följder samt miljöbetingade och sociala konsekvenser. Cementbaserade material såsom betong är volymmässigt det i särklass mest använda fasta materialet i världen. Ur resursförbruknings- och miljösynpunkt har betongkonstruktioners livslängd stor betydelse för ett hållbart samhällsbyggande. Cementbaserad betong är sprött samt porös och måste förstärkas genom stål som armering. Aggressiva ämnen såsom kloridjoner från havsvatten och vägtösalt kan tränga in i betongen och initiera korrosion på armeringsstål. Detta problem begränsar betongkonstruktionens livslängd. Kolnanomaterial såsom grafen är nuvarande ett av världens viktigaste forskningsområden. Grafen har hög flexibilitet, oerhört hög Youngs modul och stor specifik yta. Därför kan grafen förstärka de spröda cementbaserade materialen och förfina dess porstruktur på nano-nivån under cementhärdningsprocessen. Med denna nano-förstärkning och förfining förväntas det att de fundamentala egenskaperna, särskilt draghållfasthet och täthet, hos cementbaserade material kommer att väsentligt förbättras. Grafen har också superhög ledningsförmåga och miljömässig stabilitet. När grafenmodifierad betong beläggs på armeringsstålytan kan grafens superhöga ledningsförmåga eliminera den potentialgradient som alstras av olika defekter och således förhindra kloridinsamling på stål-betonggränssnittet och av följd förhindra stålet från korrosion. Därför, som ett övergripande syfte, avser detta projekt att ta fördel av nano-teknik som nyckel till grundläggande förbättring av traditionella byggnadsmaterial på ett helhetsynsätt, det vill säga att förbättra de grundläggande egenskaper och beteende hos de spröda cementbaserade materialen och det inhomogena stål-betonggränssnittet genom att utveckla låg-kostnaden funktionaliserade grafen, med hjälp av avancerad miljömärkning, för att uppnå ett grönare byggande med en önskad lång livslängd och en optisk balans med ekonomiska och ekologiska aspekter. De specifika målen för detta projekt är bl.a. - Utveckling av låg-kostnaden funktionaliserade grafen (FG), som är kompatibla med cementmaterial och armeringsstål; - Modifiering av oordnade nanostrukturer av cementmaterial med de utvecklade FG för grundläggande förbättring av mekaniska egenskaper och hållbarhet hos porösa cementbaserade material; och - Utredning av potentiella tillämpningar av FG-förstärkta cementmaterial i byggnadskonstruktioner med miljömärkningsverktyg för deras bidrag till grönare byggande. Projektet utförs i närsamarbete mellan de två forsningsgrupper som är aktiva inom områden avancerade nanomaterial och byggnadsmaterial. Det förväntas att draghållfastheten hos cementbaserade material med de utvecklade FG kommer att dramatiskt ökat. Således kan den långsiktiga livslängden av byggnadskonstruktioner uppnås med mindre användning av cement och stål (mindre utsläpp av koldioxid) i betong, som ett bidrag till en grönare byggande.

Participants

Johan Liu (contact)

Professor at Microtechnology and Nanoscience, Bionano Systems

Luping Tang

Professor at Building Technology

Collaborations

SHT Smart High-Tech

Göteborg, Sweden

Funding

Formas

Funding years 2015–2017

Related Areas of Advance and Infrastructure

Materials Science

Area of Advance

Sustainable Development

Chalmers Driving Force

More information

Latest update

2015-04-21