A concrete material developed at the University of Michigan can heal itself when it cracks. No human intervention is necessary—just water and carbon dioxide.
A handful of drizzly days would be enough to mend a damaged bridge made of the new substance. Self-healing is possible because the material is designed to bend and crack in narrow hairlines rather than break and split in wide gaps, as traditional concrete behaves.
“It’s like if you get a small cut on your hand, your body can heal itself. But if you have a large wound, your body needs help. You might need stitches. We’ve created a material with such tiny crack widths that it takes care of the healing by itself. Even if you overload it, the cracks stay small,” said Victor Li, the E. Benjamin Wylie Collegiate Professor of Civil Engineering and a professor of Materials Science and Engineering.
A paper about the material is published online in Cement and Concrete Research. It will be printed in a forthcoming edition of the journal.
In Li’s lab, self-healed specimens recovered most if not all of their original strength after researchers subjected them to a  three percent tensile strain. That means they stretched the specimens to three percent beyond their initial size. It’s the equivalent of stretching a 100-foot piece an extra three feet—enough strain to severely deform metal or catastrophically fracture traditional concrete.

“We found, to our happy surprise, that when we load it again after it heals, it behaves just like new, with practically the same stiffness and strength,” Li said. “Self-healing of crack damage recovers any stiffness lost when the material was damaged and returns it to its pristine state. The material can be damaged and still remain safe to load.”
The engineers found that cracks must be kept below one hundred fifty  micrometers, and preferably below fifty, for full healing. To accomplish this, Li and his team improved the bendable engineered cement composite, or ECC, they’ve been developing for the past fifteen  years.
More flexible than traditional concrete, ECC acts more like metal than glass. Traditional concrete is considered a ceramic. Brittle and rigid, it can suffer catastrophic failure when strained in an earthquake or by routine overuse, Li said. But flexible ECC bends without breaking. It is studded with specially-coated reinforcing fibers that hold it together. ECC remains intact and safe to use at tensile strains up to five  percent. Traditional concrete fractures and can’t carry a load at .01 percent tensile strain.
The average crack width in Li’s self-healing concrete is below sesenta micrometers. That’s about half the width of a human hair. His recipe ensures that extra dry cement in the concrete exposed on the crack surfaces can react with water and carbon dioxide to heal and form a thin white scar of calcium carbonate. Calcium carbonate is a strong compound found naturally in seashells. In the lab, the material requires between one and five cycles of wetting and drying to heal.

To test the healed concrete, the researchers used resonant frequency measurements to determine the stiffness and strength before and after inducing the cracks. These tests send sound waves through the material to detect changes in its structure.
Today, builders reinforce concrete structures with steel bars to keep cracks as small as possible. But they’re not small enough to heal, so water and deicing salts can penetrate to the steel, causing corrosion that further weakens the structure. Li’s self-healing concrete needs no steel reinforcement to keep crack width tight, so it eliminates corrosion.

The professor says this new substance could make infrastructure safer and more durable. By reversing the typical deterioration process, the concrete could reduce the cost and environmental impacts of making new structures. And repairs would last longer. The American Society of Civil Engineers recently gave the country’s roads, bridges, water systems and other infrastructure a “D” grade for health. The federal stimulus package includes more than $100 billion for public works projects.
“Our hope is that when we rebuild our roads and bridges, we do it right, so that this transportation infrastructure does not have to undergo the expensive repair and rebuilding process again in another five to ten years,” Li said. “Also, rebuilding with self-healing bendable concrete would allow a more harmonious relationship between the built and natural environments by reducing the energy and carbon footprints of these infrastructure. As civil and environmental engineers, we are stewards of these mega-systems. Advanced materials technology is one means to keep them healthy.”
The paper is called “Autogenous healing of engineered cementitous composites under wet-dry cycles.” This research is funded by the National Science Foundation and a China National Scholarship. Li will give a keynote address on self-healing concrete at the International Conference on Self-Healing Materials in Chicago in June 2009. The University is pursuing patent protection for the intellectual property, and is seeking commercialization partners to help bring the technology to market.
Michigan Engineering:
The University of Michigan College of Engineering is ranked among the top engineering schools in the country. At more than $130 million annually, its engineering research budget is one of largest of any public university. Michigan Engineering is home to 11 academic departments and a National Science Foundation Engineering Research Center. The college plays a leading role in the Michigan Memorial Phoenix Energy Institute and hosts the world class Lurie Nanofabrication Facility. Michigan Engineering's premier scholarship, international scale and multidisciplinary scope combine to create The Michigan Difference.

 
Source:  University of Michigan


Español:



Crean un hormigón flexible que se auto-repara; la acción del agua o del CO2 hacen que las grietas de este hormigón se cierren solas.

El ingeniero Víctor Li de la Universidad de Michigan, ha creado un nuevo tipo de hormigón que tiene la propiedad de auto-repararse cuando aparecen grietas sobre su superficie.
Su creador asegura que este nuevo material se repara gracias a la acción del agua de la lluvia o del dióxido de carbono presente en la atmósfera. Las estructuras de hormigón actuales van reforzadas con barras de acero para evitar, precisamente, la aparición de esas grietas. La utilización del hormigón que se auto-repara haría innecesarios los refuerzos de acero.
Otra de sus características es su flexibilidad, que hace que se comporte más como metal, al admitir doblarse sin romperse.

Ingenieros de la Universidad de Michigan, en los Estados Unidos, han creado un nuevo tipo de hormigón que se repara solo cuando aparecen grietas. Según sus creadores, no es necesaria ninguna intervención humana, basta con que el agua y el dióxido de carbono hagan su trabajo.

Estos ingenieros manifiestan que unos cuantos días de lluvia serían suficientes para reparar un puente construido con este nuevo hormigón. La auto-reparación es posible porque el material está diseñado para doblarse y romperse en líneas irregulares, como ocurre cuando se rompe un pelo, en lugar de romperse causando grandes espacios, que es cómo suele romper el hormigón.

El Profesor de Igeniería Civil y de Ciencias de los Materiales, en Ingeniería de la Universidad de Michigan, Víctor Li expresó:  "Es como si tenemos un pequeño corte en la mano, el cuerpo es capaz de curarse a sí mismo. Pero si lo que tenemos es una gran herida, el cuerpo necesita ayuda y es posible que necesite puntos de sutura. Hemos creado un material que es capaz de repararse a sí mismo. Incuso si se sobrecarga, las grietas son pequeñas-
Las conclusiones de este trabajo se recogen en un artículo titulado “Autogenous healing of engineered cementitous composites under wet-dry cycles”. Li dará una conferencia en Conferencia Internacional sobre Materiales de reparación autógena en junio de 2009, en Chicago.

En el laboratorio del Profesor Li, hay muestras del material auto-reparado que ha sido capaz de recuperar su resistencia original. "Para nuestra sorpresa hemos descubierto que, cuando se le carga nuevamente después de haberse auto-reparado, se comporta como nuevo, con prácticamente la misma rigidez y fuerza", afirma el ingeniero.

Semejante a los metales

Más flexible que el hormigón tradicional, el material ahora presentado se comporta más como metal o como vidrio. El hormigón tradicional se considera casi cerámica: quebradizo y rígido, puede sufrir daños catastróficos a causa de un terremoto o por su uso excesivo.
Pero el nuevo hormigón se dobla sin romperse. Está protegido con ciertas fibras recubiertas que lo mantienen unido. De hecho, permanece intacto con seguridad cuando se deforma hasta un cinco por ciento más de su tamaño inicial. Ni siquiera un gran terremoto ejerce esa presión.
El ancho medio del hormigón de auto-reparación es inferior a sesenta micrómetros. Eso es aproximadamente, la mitad del grosor de un cabello humano. Su fórmula asegura que cuando esté expuesto, en la superficie de las grietas puede reaccionar con el agua y el dióxido de carbono del aire y formar una fina “cicatriz” blanca de carbonato de calcio. El carbonato de calcio es un compuesto sólido que se encuentra de forma natural en las conchas marinas. En el laboratorio, el material requiere entre uno y cinco ciclos de humedecimiento y secado para estar reparado.
Para probar que el hormigón hubiera “curado” sus grietas, los investigadores utilizaron mediciones de frecuencia de resonancia para determinar la rigidez y la fuerza antes y después de la inducción de las grietas. Estas pruebas enviaron ondas sonoras a través del material para detectar cambios en su estructura.

Las pequeñas grietas

En la actualidad, los constructores refuerzan las estructuras de hormigón con barras de acero para mantener las grietas tan pequeñas como sea posible. Pero lo cierto es que  no son lo suficientemente pequeñas, como para evitar que el agua o el hielo penetren, y dañen ese acero debilitando la estructura. El hormigón del ingeniero Li no necesita el refuerzo de acero para mantener las grietas pequeñas, por lo que la corrosión antes descrita ya no se produce.
El profesor Li dice que esta sustancia puede hacer las infraestructuras mucho más seguras y duraderas. Invirtiendo el proceso de desgaste típico por procesos de auto-reparación, el hormigón podría reducir su coste y el impacto que sobre el medio ambiente provoca la elaboración de nuevas estructuras de hormigón.

El ingeniero Li dijo: "Nuestra esperanza es que cuando se realice la reconstrucción de nuestras carreteras y puentes, lo hagamos bien, para no tener que pasar por un proceso de reparación costoso o tener que reconstruirlo nuevamente en otros cinco a diez años .... Además, la reconstrucción con hormigón flexible permitiría una relación más armoniosa entre nuestro medio ambiente y las construcciones gracias a la reducción de energía y la huella de carbono de estas infraestructuras dejan."


Fuente:  tendencias21.net