Исследователи связали взаимодействия атомного масштаба с моделированием на основе частиц, чтобы объяснить вязкость и разжижение при сдвиге в свежем цементе.

Исследователи использовали многомасштабное моделирование, чтобы изучить, как содержание воды влияет на текучесть свежеприготовленного цементного теста, согласно исследованию, опубликованному в Journal of Applied Physics. В ходе работы было выявлено снижение вязкости при увеличении соотношения воды и цемента, а при сравнении результатов моделирования с экспериментами на влажном цементе команда обнаружила те же ключевые качественные закономерности.

Американский институт физики (AIP), обобщивший результаты исследования, заявил, что строительство в районах, пострадавших от стихийных бедствий, в военных целях и в других экстремальных условиях часто было трудным или небезопасным для рабочих. В качестве альтернативы рассматривалась печать цементом за пределами строительной площадки и транспортировка готовых изделий на место, но при этом отмечался недостаток понимания того, что влияет на текучесть влажного цемента, что ограничивало возможности повышения эксплуатационных характеристик зданий.

Сначала команда смоделировала взаимодействие на атомном уровне между поверхностями цемента в присутствии воды, а затем перенесла этот результат в более масштабную модель.

«Сначала мы рассчитали, как вода влияет на взаимодействие между поверхностями цемента на атомном уровне, а затем использовали эту информацию для создания эффективной модели взаимодействия для гораздо более крупной модели на основе частиц», — рассказал автор исследования Субхадип Пал.

Пал сравнил многомасштабный подход с использованием микроскопа для изучения цемента на разных уровнях. Изучив поведение частиц цемента во время течения, а не полагаясь только на кривую вязкости, авторы предложили микроскопический механизм наблюдаемого разжижения при сдвиге.

«Я надеюсь, что эта работа станет полезной основой для установления связи между научными исследованиями цемента на молекулярном уровне и поведением частиц, которое в конечном счете определяет процесс обработки», — сказал Пал.

Цемент — это сложный материал с частицами неправильной формы, и предложенная командой модель была лишь упрощенной отправной точкой. Он использовался для выявления взаимосвязей между содержанием воды, взаимодействием частиц, сдвигом и вязкостью. В будущих работах мы добавим в модели больше элементов, чтобы лучше понять текучесть цемента и его использование в 3D-печати.

Источник