p Todos os dias, estruturas de concreto racham e erodem prematuramente devido à reatividade de sílica alcalina (ASR), uma reação química que causa fissuras no material à medida que ele endurece. Jon Belkowitz, estudante de doutorado no Stevens Institute of Technology, planeja acabar com esse problema por meio de seu estudo de reações químicas dentro do concreto em nanoescala. Aproveitando as ferramentas e materiais de caracterização de nanoestruturas Stevens, sua pesquisa sobre o uso ideal de nano sílica criará uma nova mistura de concreto que resultará em edifícios mais duradouros, estradas, calçadas, escadaria, esgotos, e represas. p "Com o advento da nanotecnologia, as propriedades materiais do concreto, incluindo mitigação de ASR, permite aos engenheiros e arquitetos a capacidade de usar concreto em aplicações que antes eram impossíveis, "John diz.

p Otimizando Concreto

p No nível mais básico, o concreto é uma mistura de cimento em pó fino, agregado de rocha, e água. Uma reação entre o cimento e a água produz hidrato de silicato de cálcio, que dá ao concreto sua resistência, bem como gel ASR. O gel de ASR se forma na interface do cimento alcalino e da sílica não cristalina encontrada no agregado. Conforme o concreto endurece, o gel ASR se expande, causando tensões residuais que enfraquecem o concreto e fazem com que ele se deteriore. Conforme a pressão aumenta na interface, o concreto começa a rachar e desmoronar por dentro, ao longo de um período que vai de dias a anos.

p "Usando ferramentas de caracterização de nanoestruturas, agora somos capazes de compreender os muitos mistérios do concreto, por exemplo, que existem três tipos de água no concreto hidratado, e esses três tipos diferentes de água têm três tipos diferentes de movimentos moleculares, o que significa três forças diferentes, "Diz John. Quanto mais você sabe sobre concreto, ele observa, mais complexo se torna. Ele espera que sua pesquisa descubra novos métodos para aumentar as propriedades mecânicas do concreto.

p A pesquisa de Jon adota uma abordagem em três camadas:"Estou usando essa nova nanotecnologia não apenas para impedir que o ASR seja produzido, mas também estou usando nano sílica para fortalecer a matriz de cimento hidratado do concreto para resistir à natureza expansiva do gel ASR, "Jon explica." Eu também estou tentando mudar as propriedades do excesso de água dentro do concreto para que ele não possa reagir com os alcalinos solúveis na sílica para causar o gel de ASR. "

p Apesar da onipresença do material, as reações dentro do concreto à medida que seca e fortalece são difíceis de controlar. "Este é um problema constante na indústria de concreto, "Jon diz." No passado, não tínhamos como entender o desenvolvimento dos grãos cristalográficos da matriz de concreto. Poderíamos configurar modelos, ou use outros minerais para comparar com o hidrato de sílica de cálcio. Não criamos a mesma estrutura todas as vezes. Por meio do uso de ferramentas de caracterização de nanoestruturas, agora temos a capacidade de obter um melhor entendimento da matriz de cimento hidratado que compõe o concreto. "

p A pesquisa de Jon está sendo conduzida no Laboratório de Nanomecânica e Nanomateriais sob a orientação do Dr. Frank Fisher, Professor Associado de Engenharia Mecânica e Co-Diretor do Programa de Pós-Graduação em Nanotecnologia. Embora Jon espere aplicar sua pesquisa em aplicações de engenharia civil, seu trabalho é multidisciplinar, combinando física de estado sólido, Engenharia Mecânica, síntese de polímero, e engenharia química.

p A pesquisa de Jon é financiada pela New Jersey Alliance for Engineering Education (NJAEE), por meio do Programa de Bolsistas de Ensino de Pós-Graduação da National Science Foundation (NSF) no K-12 (GK-12). Ele trabalha em uma escola secundária local em Bayonne, New Jersey dez horas por semana como parte do programa, e diz que gosta da oportunidade de compartilhar sua paixão com os alunos. "É emocionante abrir suas mentes para novas possibilidades, "Jon diz." Eles comem tudo. "

p Um "geek de concreto"

p Jon chega à Stevens com 15 anos de experiência em concreto:10 anos na Força Aérea dos Estados Unidos, colocando concreto em projetos de engenharia civil em todo o mundo, e 5 anos na gigante de fabricação de concreto LaFarge, onde ele projetou novos tipos de concreto em um laboratório e os traduziu em produtos com aplicações do mundo real. Jon se formou com distinção na Colorado School of Mines com um diploma de Bacharel em Ciências em Engenharia Civil e na University of Denver com um Mestrado em Ciência de Materiais. Atualmente ele possui Betão Inteligente, LLC, que se dedica à pesquisa concreta, desenvolvimento, e educação.

p Essa ampla experiência permite que ele converse igualmente bem com os cientistas, o negócio, e leigos. Também dá a ele uma abordagem realista. "Uma das coisas mais difíceis de fazer na indústria de concreto - ou em qualquer indústria - é pegar dados de laboratório e traduzi-los para a indústria comercial, "Jon diz." No laboratório, você tem condições quase perfeitas. No mundo real, é uma bagunça. "Seu conhecimento concreto já deu resultados. Em 2008, seu Chronolia Road Patch Design recebeu o "Prêmio de Inovação do Ano" do American Concrete Institute - Rocky Mountain Chapter.

p Jon construiu uma vida para si mesmo, mas não o teria de outra maneira. "Sou um geek de coração, "diz ele. Na verdade, é uma espécie de "empresa familiar, "Jon brinca. O pai de Jon trabalha em marketing para uma empresa de concreto, e sua esposa está cursando graduação em Engenharia na Stevens, procurando se especializar em concreto.

p Enquanto ele olha para o futuro, Jon está confiante de que seu trabalho na Stevens estudando as menores reações no concreto renderá grandes recompensas no futuro.