Новый строительный материал, повторяющий структуру человеческих костей, в 5 раз прочнее, чем бетон

Ученые из Принстонского университета создали новый строительный материал, который по прочности во много раз превосходит традиционный бетон. Этот материал, вдохновленный структурой человеческих костей, может радикально повлиять на существующие технологии строительства.

Фото из открытых источников / Фото: Самир А. Хан / Fotobuddy

Опубликованное в журнале Advanced Materials исследование представляет цементный материал, который благодаря своей выдолбленной форме достигает упругости, сравнимой с костным каркасом. Это открытие может поставить точку на карте проблем, связанных с растрескиванием и «внезапным разрушением» бетона – основной строительной проблемы нашего времени.

Кандидат технических наук и соавтор исследования Шашанк Гупта объясняет, что одна из ключевых проблем хрупких строительных материалов – их склонность к внезапному и катастрофическому разрушению. Однако новая цементная масса, формованная в полые трубчатые конструкции, создает строительные блоки, которые в 5,6 раз более устойчивы к трещинам, чем стандартный бетон.

Секрет устойчивости нового материала кроется в плотной внешней оболочке, вдохновленной кортикальной костью – слоем, окружающим многочисленные эллиптические, трубообразные детали кости, известные как остеоны. Эти структуры позволяют костям тянуться и сжиматься под нагрузкой, не теряя своей целостности.

Руководитель исследования, доцент кафедры гражданского строительства и экологической инженерии Реза Мойни подчеркивает, что использование геометрии трубы, её размера, формы и ориентации позволяет улучшить свойства материала без добавления волокна или пластмасс. Это взаимодействие между трещинами под напряжением и полой трубой запускает «механизм ступенчатого упрочнения», который локализует трещину внутри трубы и не позволяет ей распространяться далеко, рассеивая энергию на каждом этапе и уменьшая степень повреждения.

Гупта уверен, что команда только начинает изучать потенциал нового материала. Он предвидит, что в будущем исследования различных размеров, ориентаций и форм труб откроют новые возможности для применения этого материала в строительстве. Возможно, этот открытие откроет путь к укреплению не только бетона, но и других хрупких инженерных материалов, делая здания безопаснее и долговечнее.