Grafenförbättrad förgjuten cementvägg med isoleringsfunktion

Resultat

Projektets mål var att utveckla grafenskum och vidare användning av materialet i betongkonstruktionen. Vi har framgångsrikt syntetiserat grafenskum, ett material som utvinns från grafenoxid med hjälp av grafitoxidering med efterföljande frystorkning. Både grafenoxid och grafenskum karakteriserades via optiska tekniker med svepelektronmikroskopi och användes för att ytterligare producera olika varianter av betongblock med grafenskum vars prestanda studerades.

Betongblocken som förstärkts med grafenskum fick förbättrade mekaniska och ljudreducerande egenskaper. Vi uppnådde upp till 20 procent brusreducering genom att använda 50 procent grafenskum blandat med cement. När vi genomförde mikroskopiska karakteriseringar för att kartlägga orsakerna till de observerade resultaten identifierade vi ett sammankopplande poröst ihåligt nätverk mellan cementskikten i cementprovernas brottyta. Dessutom visade cementproverna med 50 procent grafen ha mer ihåligt utrymme än referensproverna. Detta innebär att skapande av mer hålrum leder till effektivare ljudreducering och bättre isoleringsegenskaper.

Från den aktuella studien har vi därför dragit slutsatsen att grafenskum ger bättre isoleringsbeteende, något som Svenska Cement vill simulera funktionen av hos en sandwichvägg i betong i den verkliga applikationen.

Sammanfattningsvis ser vi att den betongvägg som innehåller 50 procent grafenskum är starkare än den som i stället innehåller 50 procent luft. Vi ser också att ljudreduceringen ökar med upp till 20 procent jämfört med referensproverna. Nästa steg blir att ansöka om ett större projekt för att producera mer storskaliga volymer av grafenskum och ytterligare undersöka prestandan i en annan demostruktur.

Abstract in English

Graphene enhanced pre-casted cement wall with insulation function

The goal of the project was to develop graphene foam and further use of the material in the concrete structure. We have successfully synthesized graphene foam, a material that is extracted from graphene oxide by means of graphite oxidation with subsequent freeze-drying. Both graphene oxide and graphene foam were characterized via optical techniques by scanning electron microscopy and were used to further produce different variants of concrete blocks with graphene foam whose performance was studied.

The concrete blocks reinforced with graphene foam had improved mechanical and noise-reducing properties. We achieved up to 20 percent noise reduction by using 50 percent graphene foam mixed with cement. When we performed microscopic characterizations to map the causes of the observed results, we identified an interconnecting porous hollow network between the cement layers in the fracture surface of the cement samples. In addition, the cement samples with 50 percent graphene showed to have more hollow space than the reference samples. This means that the creation of more cavities leads to more efficient noise reduction and better insulation properties.

From the current study, we have therefore concluded that graphene foam provides better insulation behavior, something that Svenska Cement wants to simulate the function of in a concrete sandwich wall in the actual application.

In conclusion, we see that the concrete wall that contains 50 percent graphene foam is stronger than the one that instead contains 50 percent air. We also see that the noise reduction increases by up to 20 percent compared to the reference samples. The next step will be to apply for a larger project to produce more large-scale volumes of graphene foam, and further investigate the performance of another demo structure.

Utlysning:
Samverkansprojekt för kommersiella tillämpningar med grafen, våren 2019

Projektpartners: Svenska Cement, Chalmers tekniska högskola och SHT Smart High Tech

Projektledare: Peter Andersén, Svenska Cement

Projektform: Forsknings- och innovationsprojekt

Bidrag: 1 050 000 kr

Projektets löptid: 20 maj 2019-20 nov 2020

Relaterade styrkeområden: