Calcium-silicaat-hydraat (C-S-H) is het bindmiddel in beton. Beton is één van de meest gebruikte bouwmaterialen maar het heeft ook enkele nadelen zoals een gebrek aan veerkracht en een beperkte buigsterkte. Hierdoor is het gebruik van staal, zeker in hoge gebouwen, een noodzaak. Duitse onderzoekers van de universiteit van Konstanz zochten inspiratie in de natuur, meer bepaald bij zee-egels, en ontwikkelden cement met een buigsterkte van maar liefst 200 MPa.
De stekels van een zee-egel bestaan voornamelijk uit calciet. Op zich is dat een broos en breekbaar materiaal maar omdat op microscopische schaal het calciet in een optimale structuur telkens afgewisseld wordt met een zacht laagje calciumcarbonaat, zijn de stekels toch bijzonder sterk. Onder druk zal een laagje calciet wel barsten maar vervolgens wordt de kracht opgevangen door de zachte tussenliggende lagen.
Door het calcium-silicaat-hydraat (C-S-H) in te bedden in een geordende structuur waarin het C-S-H afgewisseld wordt met een zacht polymeer, konden de onderzoekers de eigenschappen van de zee-egelstekels nabootsen. De resultaten zijn verbluffend: een pijler uit dit sterke cement zou het pas bij een hoogte van 8,000 meter begeven onder zijn eigen gewicht en dat is zomaar eventjes 10 keren hoger dan de Burj Khalifa, op dit ogenblik de hoogste wolkenkrabber ter wereld.
Een belangrijke kanttekening: het onderzoek werd uitgevoerd op microscopische schaal. Dat wil zeggen dat de “staaf” opgebouwd uit het sterke cement maar enkele micrometers lang was en dat de sterkteproeven ook op die schaal gebeurden. Als de onderzoekers erin slagen om het materiaal ook op macroschaal kostenefficiënt te produceren dan is de doorbraak compleet.
De volledige onderzoeksresultaten kan je online raadplegen in volgend artikel: Andreas Picker, Luc Nicoleau, Zaklina Burghard, Joachim Bill, Igor Zlotnikov, Christophe Labbez, André Nonat, Helmut Cölfen. Mesocrystalline calcium silicate hydrate: A bioinspired route toward elastic concrete materials. Sci. Adv., 2017