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Auxetic Cementitious Composites by 3D Printing

Projektbeschreibung

Sicherere, resilientere Baumaterialien

Bauwerke wie zum Beispiel Kernkraftwerke erfordern Werkstoffe, die extremen Kräften standhalten können, ohne zu versagen. Beton ist zwar stark, aber spröde, und es sind Bewehrungen (z. B. Stahlstangen) erforderlich, die erst dann aktiviert werden, nachdem Rissbildung auftritt. Dieser Ansatz lässt Strukturen anfällig gegenüber wiederholten Belastungen und Nachbeben werden. Auxetische Materialien, Werkstoffe mit einer negativen Poissonzahl, bieten hier einen Ausweg, da sie die Energieabsorption verbessern und mit dem Beton arbeiten, bevor Risse entstehen. Ihre geringe Steifigkeit begrenzt jedoch ihr Potenzial in Bezug auf strukturelle Anwendungen. Das Team des ERC-finanzierten Projekts ACC-3D wird die Integration von auxetischen Materialien in zementhaltige Verbundwerkstoffe untersuchen. Als Ziel gilt, die Energieabsorption zu verdoppeln, ohne die Steifigkeit zu beeinträchtigen. Mit dieser Innovation könnten Baumaterialien neu definiert werden, da eine noch nie dagewesene Verformbarkeit und Widerstandsfähigkeit möglich erscheinen.

Ziel

Concrete is inherently brittle. This is a problem because important structures such as nuclear power plants need ductility to remain functional after earthquakes and impacts. ACC-3D aims at creating novel, ductile cementitious composites by using local reinforcement with an unusual quality, negative Poisson's ratio, known as auxetics. Currently, steel rebars or fibers are used to make concrete ductile. Such reinforcement is only active once the concrete has cracked: it prevents existing cracks from growing. Cracking might leave structures unfunctional or vulnerable to repeated events and aftershocks. Can we make reinforcement actively work with concrete already before cracking by making it auxetic? This has never been attempted before. Emerging auxetics with complex architectures fabricated by 3D printing offer excellent energy absorption capacity. However, they have low stiffness which makes them unsuitable for structural applications. I believe that using auxetics as reinforcement in cementitious composites will result in energy absorption at least 2 times higher than current approaches without impairing the stiffness. Through a preliminary study I discovered that auxetics can outperform conventional reinforcement in cementitious composites in terms of flexural strength and energy absorption. However, the mechanism of interaction between deformable auxetic reinforcement and the stiff cementitious matrix is unknown. In ACC-3D I aim to fundamentally understand and fully exploit the potential of auxetic cementitious composites by combining design, experiments, and numerical modelling. This will allow me to create innovative cementitious composites with high ductility and energy absorption capacity. The approach developed in ACC-3D will open possibilities for development of designer construction materials, allowing mechanical response of building materials to be tuned through purposefully adjusting their material architecture.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2021-STG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Netto-EU-Beitrag
€ 1 498 201,00
Gesamtkosten
€ 1 498 201,00

Begünstigte (1)