Om breukbestendig beton te maken, laat een zee-egel uw gids zijn / beton

Zee-egels worden bedekt door een struikgewas van stekels. In de volkstaal van het Midden-Engels, urchun betekende "egel", maar de scherpe, soms giftige uitsteeksels van de stekelhuidigen zijn alles behalve schattig. Maar sommige onderzoekers stellen voor om een ander perspectief op hen te nemen door goed naar hun interne structuur te kijken. Het kan, als je een beetje tuurt, een blauwdruk bieden voor veerkrachtigere bouwmaterialen.

In een paper dat onlangs is gepubliceerd in Science Advances, onderzoekers van de Duitse Universiteit van Konstanz en de Universiteit van Stuttgart stellen voor dat de zee-egel wervelkolom een behoorlijk goed model is voor het verbeteren van beton. Sinds het werd geïntroduceerd door de oude Romeinen, die het hebben gevormd voor de koepel van het Pantheon, is het materiaal, dat vaak wordt gemaakt door het combineren van grove stenen of grind met fijnere zandkorrels, plus cement en water, in echte oceanen gegoten. De Verenigde Staten produceerden alleen al in 2016 meer dan 83 miljoen ton beton.

Omdat beton niet erg elastisch is en vatbaar is voor scheuren, wordt het vaak versterkt door stalen wapeningsijzers of andere steunen. Stekels van zee-egels kunnen ook broos zijn, omdat ze zijn gemaakt van fragiel calciet, maar ze slagen erin behoorlijk duurzaam te zijn, schrijven de onderzoekers, omdat ze zijn gestapeld als stenen, gelaagd met zachter calciumcarbonaat dat voorkomt dat ze versplinteren.

"Ons doel is om van de natuur te leren", zei Helmut Cölfen, een van de onderzoekers, in een verklaring. Tal van ingenieurs brengen biomassa in voorraad, of kijken naar de natuur om vervelende ontwerpvragen op te lossen. Een lab aan de Universiteit van Cambridge, bijvoorbeeld, stelt gebouwen voor die zijn geïnspireerd op de eigenschappen van botten of eierschalen. In dit geval dachten de onderzoekers dat de gelaagdheid van zachte en harde materialen veelbelovend leek. Maar het is een moeilijk idee om te concretiseren, omdat alle ingrediënten in een homogene mengmest worden gewerveld.

Met het veerkrachtige ontwerp van de zee-egel in gedachten, zocht het team een weg, op weg, tot op nanoschaalniveau. Daar konden ze een materiaal samenstellen dat alleen aan het cement bond en niet aan andere materialen in het mengsel. Dat maakte het mogelijk om het stapelen van kracht en flexibiliteit te bereiken die ze in de stekels waarnamen. "Als we erin slagen de structuren van materialen te ontwerpen en de blauwdrukken van de natuur te reproduceren, zullen we ook veel meer breukbestendige materialen kunnen produceren," zei Cölfen. De onderzoekers suggereren dat de techniek een stof oplevert tussen 40 en 100 keer meer breukvast dan standaardbeton.

Wolkenkrabbers worden groter en groter, dus architecten en ingenieurs moeten creatief worden in hun materialen. Blijkt dat de oceaanbodem een goede plek is om naar inspiratie te zoeken.