Vähän tunnettu tosiasia: Betoni voi räjähtää. Ja nyt tutkijat tietävät miksi.
Uudessa tutkimuksessa Empan, Sveitsin materiaalitieteen ja tekniikan liittovaltion laboratorion tutkijat lämmittivät betonia 600 asteeseen (1112 astetta Fahrenheit) ja katsoivat sen menevän kaboomiin. Tutkijoiden havaitseman räjähdyksen syynä oli tapa, jolla pienet määrät kosteutta lukkiutuivat betonin sisään ja höyrystyivät kuumennettaessa.
Betoniräjähdykset voivat olla erityisen vaarallisia tulipaloista, jotka vaikuttavat siltoihin tai tunneleihin, lausunnon mukaan. Maaliskuussa 2017 Atlantin Interstate 85: n silta romahti osittain sillan alla olevan varastoyksikön tulipalon seurauksena vaurioittaen rakenteen betonia ja terästä. Vuonna 2003 palo aiheutti teräsbetonitalon romahtamisen Hengyangissa, Kiinassa, ja tapahtuma tappoi 20 palomiestä.
Menee puomi
Betoni on yksinkertaisimmassa muodossaan valmistettu sementistä, hiekasta ja vedestä. Suurissa rakennushankkeissa, kuten siltojen, tunnelien ja pilvenpiirtäjien rakenteissa, käytetään kuitenkin korkean suorituskyvyn betonia, joissa on lisäaineosia tai joissa käytetään erityisiä kuivausmenetelmiä niiden kestävyyden ja lujuuden parantamiseksi.
Kuumenna ne kuitenkin yli 200 asteeseen (392 F) ja korkealaatuisista betonista tulee haavoittuvia. Ne voivat jopa räjähtää lähettämällä paloja betonia ammuttaessa päälohkosta.
Saadakseen selville miksi Empan tutkijat liittyivät tutkijoihin Grenoblen yliopistossa Ranskassa ja Laue-Langevin-instituutissa Grenoblessa tarkkailla betonia. Tutkijat seurasivat lämmitetyn betonin sisäosaa reaaliajassa käyttämällä neutronitomografiaa, joka perustuu neutronien imeytymiseen 3D-kuvan luomiseen.
Paineen alla
Kuvat paljastivat, että korkealaatuinen betoni räjähtää samojen ominaisuuksien vuoksi, jotka tekevät siitä vahvan: Siinä on hyvin vähän huokosia, ja nuo huokoset ovat pieniä. Kuumennettaessa betoniin lukittu vesi siirtyy pois lämmön lähteestä ja höyrystyy. Koska betoni on niin tiheää ja läpäisemätöntä, vesi ja höyry juuttuvat. Minkään tapaa purkaa ilmanpaineen nousua, kappaleen osat puhalletaan pois.
Tutkijoiden mielestä räjähdyksiä voi silti tapahtua myös silloin, kun lämmön lähde poistetaan, kunnes sisäinen paine laskee. Yhdessä kokeessa betonipala lensi kohti tutkijoiden valvontalaitteita lämmön sammuttamisen jälkeen, koputtaen viattoman ajastimen yli.
Tulosten pitäisi auttaa tutkijoita ymmärtämään, miten kosteus liikkuu katastrofaalisten tulipalojen aikana, tutkijat kirjoittivat viime vuonna lehdessä Cement and Concrete Research.
