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Des chercheurs améliorent le ciment avec des nanoparticules de carapace de crevette


L’incorporation de nanoparticules de carapaces de crevettes dans la pâte de ciment a rendu le matériau beaucoup plus résistant, une innovation qui pourrait entraîner une réduction des déchets de fruits de mer et des émissions de carbone provenant de la output de béton.

une équipe de chercheurs de l’Université de l’État de Washington et du Pacific Northwest Countrywide Laboratory a créé des nanocristaux et des nanofibres de chitine, le deuxième biopolymère le moreover abondant dans la character, à partir de déchets de carapaces de crevettes. Lorsque ces minuscules morceaux de chitine, qui sont environ 1 000 fois in addition petits qu’un cheveu humain, ont été ajoutés à la pâte de ciment, le matériau résultant était jusqu’à 40 % in addition résistant. Le temps de prise du ciment, ou le temps qu’il faut pour durcir, a également été retardé de additionally d’une heure, une propriété souhaitée pour le transportation sur de longues distances et les travaux de bétonnage par temps chaud.

“L’industrie du béton est sous pression pour réduire ses émissions de carbone provenant de la production de ciment », a déclaré Somayeh Nassiri, professeur agrégé à l’Université de Californie, Davis, qui a dirigé la recherche à WSU. « En développant ces nouveaux adjuvants qui améliorent la résistance de béton, nous pouvons aider à réduire la quantité de ciment nécessaire et à réduire les émissions de carbone du béton.”

Le béton est utilisé dans le monde entier dans les infrastructures essentielles telles que les bâtiments, les ponts et les routes. C’est le matériau le additionally utilisé sur terre après l’eau. La generation de ciment est intense en carbone, nécessitant l’utilisation de combustibles fossiles pour atteindre les hautes températures requises (1500°C). Le calcaire utilisé dans sa manufacturing subit également une décomposition qui produit du dioxyde de carbone supplémentaire. La creation de ciment représente environ 15 % de la consommation d’énergie industrielle et environ 5 % des émissions totales de gaz à effet de serre dans le monde. La consommation élevée du matériau est également en partie motivée par le défi de la durabilité – le béton se fissure facilement et doit être réparé ou remplacé souvent, explique Nassiri.

Pendant ce temps, les déchets de fruits de mer sont un problème crucial pour l’industrie de la pêche, qui génère entre 6 et 8 thousands and thousands de livres de déchets par an dans le monde. La plupart de ces déchets sont déversés dans la mer, explique Hui Li, professeur assistant de recherche au Centre d’ingénierie et de matériaux composites de la WSU et auteur correspondant de l’article.

“Dans le monde actuel, face au changement climatique par le biais de l’économie circulaire, nous voulons utiliser autant que feasible les déchets. Les déchets de l’un sont le trésor de l’autre”, a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont travaillé pour améliorer le béton avec un biopolymère commun similaire, la cellulose. Parfois, les additifs cellulosiques aidaient le béton, et parfois non. Les chercheurs étaient perplexes quant à la raison.

Dans leurs travaux, l’équipe WSU a étudié les matériaux de chitine à l’échelle nanométrique. Les carapaces de crabe, de crevette et de homard sont composées d’environ 20 à 30 % de chitine, le reste étant en grande partie du carbonate de calcium, un autre additif utile pour le ciment. Par rapport à la cellulose, la chitine à l’échelle moléculaire possède un ensemble supplémentaire d’atomes – un groupe fonctionnel – qui permet aux chercheurs de contrôler la demand à la surface area des molécules et, par conséquent, leur comportement dans le coulis de ciment.

“Pouvoir contrôler la demand à la floor est un élément crucial pour contrôler leur fonctionnement dans le ciment. Nous pourrions le faire tout simplement sur la chitine à induce du groupe carboxyle qui se trouve dans le polymère de chitine”, a déclaré le professeur Michael Wolcott de WSU Regents. un auteur correspondant sur le papier.

Le succès du renforcement de la pâte de ciment s’explique par la façon dont les particules se suspendent dans le coulis de ciment et remark elles interagissent avec les particules de ciment.

“Les nanoparticules de chitine repoussent suffisamment les particules de ciment individuelles pour modifier les propriétés d’hydratation de la particule de ciment dans le système”, a-t-il déclaré.

En ajoutant les nanocristaux de chitine traités au ciment, ils ont pu améliorer et cibler ses propriétés, notamment sa consistance, le temps de prise, la résistance et la durabilité. Ils ont constaté une augmentation de 40 % de la résistance de la flexion du béton et une amélioration de 12 % de sa capacité à le comprimer.

“Ce sont des chiffres très importants”, a déclaré Wolcott. vous êtes alors en mesure de réduire considérablement les émissions de carbone de l’environnement bâti.”

Les chercheurs espèrent maintenant intensifier les travaux pour commencer à produire l’additif à grande échelle. La recherche doit également se poursuivre pour atteindre le même niveau d’amélioration observé à l’échelle de la pâte de ciment à l’échelle du béton.

En additionally des chercheurs de la WSU, l’équipe interdisciplinaire comprenait des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory. Les travaux ont été financés par le programme ARPA-E (Advanced Investigate Projects Agency-Vitality) du ministère de l’Énergie, qui soutient des projets de technologies énergétiques innovantes et non conventionnelles susceptibles de conduire à des systems de rupture.