Betong er eit sterkt materiale. Særleg tåler det stort trykk. Ein alminneleg betongkloss på 10 x 10 x 10 cm kan bere vekta av tretti personbilar.

Men strekkstyrken er berre ein brøkdel av dette: Dersom vekta ikkje ligg oppå klossen, men heng ned frå han, skal det berre tre bilar til før betongen ryk.

Betongforskarar verda over har derfor som mål å utvikle ein betong med like stor strekkstyrke som trykkstyrke. Det ville bety ein revolusjon i bruken av betong.

Ein metode er å blande tynne stålfibrar inn i betongmassen. Då er det vesentleg for styrken at fibrane festar seg skikkeleg til betongen, slik at dei til saman blir «heil ved».

Postdoktor Siaw Foon Lee ved NTNU har utvikla ein metode som gjer det mulig å sjå og analysere kva som skjer i møtet mellom fiber og betongmasse.

Må tette alle tomrom

Betong blir laga i ei rekke ulike kvalitetar, alt etter kva den skal brukast til. Forholdet mellom vatn, sand, sement, pukk og ulike organiske og mineralske tilsettingsstoffar kan varierast i det uendelege.

Tilset vi stålfibrar, kan dei vere av ulik lengd og diameter, frå tidels millimeter til fleire centimeter.

Men enten massen er sånn eller slik – i den stålfiberarmerte betongen er det svake punktet oftast der overflata på fiberen møter betongmassen. Dersom fiberen ikkje «limar» seg godt nok til massen, er det fordi det oppstår små holrom som svekkar grensesjiktet mellom betongen og fiberen.

Det gjeld altså å finne fram til betongblandingar som kan tettpakke desse tomromma.

Men først må vi vite kor dei er, kvifor dei blir danna, og kva dei betyr for eigenskapane til materialet. Det er her Siaw Foon Lee kjem inn i biletet.

– Metoden hennar er utvikla for å kunne sjå grensesjikt mellom delmateriale med svært ulike mekaniske eigenskapar. Dette er svært vanskelig i praksis, og metoden er nitid og arbeidskrevjande. Men han gir oppsiktsvekkjande presise resultat, slår professor Stefan Jacobsen på Institutt for konstruksjonsteknikk fast.

Mikro og nano

Lee har undersøkt ei lang rekke ulike betongprøver framstilt i NTNUs betonglaboratorium.

– Først må prøvene slipast silkeglatte, elles får vi ikkje gode mikroskopbilete, forklarar ho.

I skanning-elektronmikroskopet får Lee fram mikrostrukturen i materialet – korleis komponentane i massen fordeler seg, og om fiberen og betongen limar seg skikkeleg saman, eller om det dannar seg opne hol ved overflata på fiberen.

Og ved hjelp av avansert bildeanalyse får Lee omdanna informasjonen til grafar.

I tillegg bruker ho ein nano-indentar. Det er eit måleinstrument som gir materialinformasjon på nano-nivå – om betongens styrke, hardleik, elastisitet og energiopptak, mellom anna.

Desse bileta og grafane kan forklare oppførselen og fortelje forskaren kva for mikro- eller nanopartiklar som trengst i betongen for å tettpakke heftsjiktet og dermed betre adhesjonen mellom stål og betong.

Bakgrunn:

Siaw Foon Lees prosjekt er eit såkalla ISP-prosjekt (Institution-based Strategic Project). Det er knytt til Concrete Innovation Centre (Coin), eitt av Forskingsrådets senter for forskingsdrevet innovasjon, der SINTEF er vert og NTNU forskingspartnar.