Modelovanie betónu na počítačoch NASA

Autor: Peter Paulík | 1.1.2011 o 16:45 | (upravené 1.1.2011 o 17:10) Karma článku: 9,54 | Prečítané:  2433x

Aj keď betón je najpoužívanejším materiálom na svete a bez problémov si ho môžete za pár minút namiešať aj doma na záhrade, doteraz nieje presne známe ako prebiehajú chemické procesy pri jeho tuhnutí.

Betón je tvoreným množstvom minerálov, ktoré počas tuhnutia cementu navzájom reagujú a vytvárajú komplexné štruktúry meniace sa v  čase. Svoju rolu zohráva aj veľká variabilita vstupných surovín (rôzne cementy, kamenivo) ako aj rôzne vonkajšie podmienky prostredia pri jeho tuhnutí (teplota prostredia, vlhkosť). Dnešné znalosti o procesoch tzv. hydratácie sú viac-menej založené na skúsenostiach získanými prístupom pokus-omyl a pred každou väčšou betonážou sa ešte aj v dnešnej dobe najskôr odlaďuje receptúra betónu na skúšobných vzorkách. Proces odlaďovania receptúry pozostáva z postupne sa meniacich vstupných parametrov ako napr. pomer vody a cementu, typ a množstvo cementu a prísad, doba miešania ... atď, až kým nie sú dosiahnuté požadované fyzikálne vlastnosti betónu (vhodná konzistencia, pevnosť, pružnosť ... atď). Najmä pre betóny vyššej pevnosti a pri špeciálnych požiadavkách na betón môže tento proces odlaďovania receptúry zabrať aj niekoľko týždňov, pričom nájdenie vhodnej receptúry sa nemusí vždy vydariť.

Jednoducho povedané naše teoretické vedomosti z tejto oblasti sú veľmi chabé.

Tento fakt bol podnetom aj pre Americký Národný Inštitút pre Normy a Technológie (NIST), ktorý pred pár rokmi rozbehol projekt virtuálneho laboratória, ktorého úlohou je preskúmať procesy hydratácie cementu s použitím najnovších vedeckých poznatkov a technológií. Po spracovaní fyzikálno-chemickej teoretickej časti však bolo jasné, že bežne dostupné počítače tento problém nezvládnu. Práve množstvo parametrov a v čase sa meniacich vlastností, ktoré okamžite ovplyvňujú ďalšie procesy pri chemických reakciách, z ktorých mnohé ešte stále ani nie sú celkom teoreticky zvládnuté, si vyžiadalo použitie najvýkonnejších počítačov sveta.

columbia.jpg interpid.jpg

Columbia (24 x 512 prepojených procesorov) a Interpid (163840 prepojenýh procesorov)

S ich pomocou bolo možné tieto komplexné procesy nielen nasimulovať, ale aj graficky interpretovať. V každom modeli je zohľadnené každé jedno zrnko cementu, kameniva, piesku a prísad. Samotnému modelovaniu predchádzal rozsiahli prieskum v ktorom sa laserovou technológiou skenovali vstupné materiály tak, aby sa vytvorila dostatočne reprezentatívna databáza 3D tvarov zrniek cementu, piesku a kameniva. Následne sa robil podrobný chemický a mineralogický rozbor vstupných surovín. Posledným krokom bolo namiešanie virtuálneho betónu a odladenie výpočtov.

particles.jpg particles2.jpg

3D modelované súčasti betónu (zrnká cementu a piesku miešané vo vode)

Samotný proces hydratácie cementu potom mohol byť sledovaný špeciálnymi 3D okuliarmi a vedeckým pracovníkom sa tak splnil ich sen: zmenšený plávať v hydratujúcom betóne :-)

swimming_in_concrete.jpg beton_kocka.jpg

Touto 3D simuláciou bolo možné objasniť niektoré doteraz neznáme javy prebiehajúce pri tuhnutí betónu. Pomohlo to napríklad k pochopeniu zmien v pevnostných vlastnostiach betónu pri použití odlišných prímesí  a vplyvu tvarov zrniek vstupných surovín na konzistenciu (viskozitu) čerstvého betónu. Získali sa aj celkom reálne výsledky z modelovania pevnosti betónu v čase, no ku komplexnému pochopeniu a k modelovaniu fyzikálnych vlastností betónu je však ešte ďaleká cesta. Výskum však pokračuje ďalej a ak sa to raz podarí, statici budú môcť na svojich počítačoch modelovať nielen konštrukcie z betónu, ale aj samotné zloženie betónu tak, aby dosiahli požadované vlastnosti betónu pre navrhovanú konštrukciu.

 

J. W. Bullard: Advancing the Materials Science of Concrete with Supercomputers; Concrete International, 1/2011

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

EKONOMIKA

Zakladateľ siete pre deti milionárov: Neukazujú len svoje bohatstvo, ale to, ako žijú

Používať ju môže iba ten, čo má na tisíceurové mesačné členské, pozerať sa ale môže každý, hovorí JURAJ IVAN.

PLUS

Architekt: Niektoré sedačky sú zámerne nepohodlné

Aké zásadné chyby robíme pri zariaďovaní obývačky?

SVET

Zomrel český hudobník Radim Hladík, založil skupinu Blue Effect

Postupne sa prepracoval k vlastnej tvorbe.


Už ste čítali?