Highly Ductile and Durable Double-network based Cementation - D3 Cement

高延展性和耐用性的双网络水泥 - D3 水泥

基本信息

  • 批准号:
    1742759
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of the project is to explore a non-conventional cementation technique using highly ductile and durable double-network materials, namely "D3 cement." This research mainly addresses two challenging issues - brittleness and non-durability - with current chemically or biologically cemented soil. Specifically, many mineral precipitation-treated soils can be stiff, but break easily at low strains. Hydrogel-treated bio-cemented soil has been found more ductile upon drying, but loses its strength when exposed to water, as the large volume expansion of the water-absorbing hydrophilic polymer network breaks the bonding between the soil particles. The D3 cement has broad potential applications in geotechnical, civil, environmental and petroleum fields, including dust control, infrastructure construction, and liquefaction mitigation, with potentially millions of dollars of cost savings. This research will also create a large data set rich in new knowledge on fundamental bio-inorganic-organic-soil interface interactions, and the relationship with their mechanical properties (strength, stiffness, ductility). Diverse education and outreach activities will promote K-12 and public education and Cross-disciplinary Graduate Workshop for the teams from the PI's Materials Lab and the collaborator's Biogeotech Lab.In this cross-disciplinary project, the objective is to overcome the limitations of fracture at low strains and non-durability by developing a novel cement that is 1) ductile and stiff and 2) less susceptible to water-induced soil strength loss, by uniquely extending concepts of material science to bio-cementation. The approach is to design and develop a hybrid cementing materials which can simultaneously form an organic-and-inorganic, interpenetrating double network in the soil and strongly bind the soil particles, possessing novel self-healing ability via organic-inorganic-soil reformable bonding. The performance of the new composite material will be examined with controls over the material composition, morphology, and hierarchical structures. This research, if successful, will yield a high-performance bio-based geological material. The work will be done in collaboration with researchers at the NSF-funded Center for Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics at Arizona State University.
该项目的目的是使用高延展性和耐用的双网材料(即“ D3水泥”)探索一种规定的胶结技术。 这项研究主要解决了两个具有挑战性的问题 - 脆性和非耐用性 - 具有当前的化学或生物胶结土壤。具体而言,许多经过矿物降水处理的土壤可能僵硬,但在低应变下很容易破裂。水凝胶处理的生物污染土壤在干燥时发现了更多的延展性,但是在暴露于水时会失去强度,因为吸水的水含水物聚合物网络的大量膨胀会破坏土壤颗粒之间的粘结。 D3水泥在岩土技术,民用,环境和石油场中具有广泛的潜在应用,包括尘埃控制,基础设施建设和缓解液化,并可能节省数百万美元的成本。 这项研究还将创建一个大型数据集,富含有关基本生物 - 无机 - 有机土壤界面相互作用的新知识,以及与它们的机械性能(强度,刚度,延性)的关系。 多元化的教育和外展活动将促进K-12和公共教育以及PI材料实验室和合作者的BioGeotech Lab的团队的跨学科研究生研讨会。在这个跨学科项目中,目的是克服低条纹的限制,通过在低条纹和不腐蚀的情况下进行污染和不合适的水泥 - 1)延伸的水泥 - 材料科学对生物渗透的概念。 该方法是设计和开发一种混合胶结材料,可以同时在土壤中形成有机和无机的,互穿的双网络,并强烈结合土壤颗粒,通过可通过有机无机土壤改革的键合具有新颖的自我修复能力。 新复合材料的性能将通过对材料组成,形态和层次结构的控制进行检查。 这项研究,如果成功,将产生高性能的生物地质材料。这项工作将与亚利桑那州立大学的NSF资助的生物介导和生物启发的岩土技术中心合作完成。

项目成果

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