Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Encapsulation of polymeric healing agents in self-healing concrete: capsule design

Tildelt: kr 2,4 mill.

ERA-Net prosjektet CAPDESIGN adresserer utvikling, optimalisering og testing av nye kapsler for anvendelser i selvreparerende betong. 40-120 millioner Euro av vedlikeholdskostnader for betongbruer, tunneler og betongvegger i EU kunne bli spart ved bruk av en ny type betong som selv kunne tette mikrosprekker. For selvreparerende betong med polymere helbredende midler (f.eks. PUR, PMMA), ligger en viktig flaskehals i utvikling av kapsler som både kan tåle betong blandeprosedyrer og samtidig knuses lett under sprekkdannelse av herdet betong. Målet med SINTEFs aktivitet i prosjektet var å utvikle kompetanse i nanokomposittkapsler anvendt mot selvreparerende betong. SINTEF utviklet hybrid nanomaterialer som ble brukt i polymermaterialer for å skreddersy egenskaper av komposittkapsler. Funksjonaliserte hybride "polyhedral oligomer silsesquioksan" nanomaterialer (POSS) med hydrofob modifisering ble fremstilt og anvendt som tilsetningsmidler til å modifisere slagfasthet og barriereegenskaper til følgende polymermaterialer: Kopolyester, PET, PMMA og PS. Hybride nanomaterialene ble fremstilt via en to-trinns syntese via en sol-gel prosess. NMR ble anvendt for å karakterisere POSS-materialene som ble syntetisert og for å bekrefte dannelsen av amid-funksjonalitet på POSS. De mekaniske egenskaper til polymerblandinger ble testet ved strekk og slagfasthet og for barriereegenskaper ved å måle vanndamp/oksygentransmisjonsrate gjennom nanokomposittfilmene. Det er funnet at tilsetning hybrid POSS nanomaterialer øker sprøhet i kopolyestere ved å redusere deres slagfasthet mens den mekaniske styrken ble opprettholdt for alle polymerer. PET og kopolyester ble valgt ut for å studere barriere egenskaper på grunn av sine bedre indre barriere egenskaper sammenlignet med PMMA og PS. Resultater viser at vanndamp barriere egenskaper for polymerblandinger ble forbedret ved tilsetning av nanomaterialer mens de naturlig gode oksygen barriere egenskaper ble bevart. Polymerblandinger ble testet ut ved høy temperatur og høy pH og ingen merkbar effekt på de mekaniske egenskaper ble registrert. Hovedresultater viser at nanokompositter som ble produsert ved å blande hybrid POO inn i kopolyestere er potensielle kandidater for innkapsling av polymer helbredende midler for selv-reparerende betong. Prosjektresultater ble presentert i nasjonale og internasjonale konferanser og workshop.

We consider that 40-120 million Euros of the maintenance costs for concrete bridges, tunnels and retaining walls in the European Union could be saved by application of self-healing concrete. For self-healing concrete with polymeric healing agents (e.g. PU R, PMMA), the bottleneck for valorization is however the encapsulation technique since the capsules have to possess multifunctional properties. The capsules with embedded healing agent (i) have to protect the healing agent for a long time, (ii) have to re lease the healing agent when cracking occurs and (iii) should not influence the fresh concrete workability and the early and long term mechanical properties. More important, we are looking for capsules which can easily be mixed in concrete and/or can surv ive the placement technique (e.g. projection). In that way, the concrete production / application process is not too much affected and the processing costs will not rise. The contradictory requirements make it however difficult to find a suitable encapsul ation material: on the one hand, we want no breakage during concrete preparation / application, but on the other hand, we strive for immediate breakage of the capsules when a crack appears. Since no commercial products seem to be appropriate, the challeng ing objective of CAPDESIGN will be to develop, optimize and test new capsules for applications in self-healing concrete. In addition, an innovative and specific placement technique by projection of the capsules in association with concrete will be devel oped. Its main objective is to provide a greater durability of the capsules during the concrete placement. The benefit of capsules which can survive mixing / application is that (i) the cost of self-healing concrete can be reduced (ii) companies can be m ore easily persuaded to produce self-healing concrete (iii) self healing concrete can be valorized.

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale