Grafen reducerar ljud!

“Cementisoleringsmaterialet är lätt att separera från betongen och återvinna.”

Ett grafenskum som kan förstärka betongväggar och reducera ljud med upp till 20 procent. Det är resultatet av ett lyckat SIO Grafen-projekt som Svenska Cement, Chalmers och SHT Smart High Tech nyligen genomfört.

Den typiska konstruktionen hos en betongvägg är en kombination ytterväggar av två betongplattor med isoleringsmaterial emellan.

– I det här projektet var målet i stället att utveckla ett helt nytt isoleringsmaterial av cementskum som förstärkts med grafen. Framför allt var det grafens ultrahöga draghållfasthet vi ville dra nytta av, berättar Peter Andersén, projektledare vid Svenska Cement.

I projektet har deltagarna framgångsrikt syntetiserat grafenskum, ett material som utvinns från grafenoxid med hjälp av grafitoxidering med efterföljande frystorkning. Med hjälp av optiska tekniker karakteriserades därefter både grafenoxid och grafenskum, som sedan användes för att producera olika varianter av betongblock. Och resultatet var tydligt. De block som förstärkts med grafenskum fick direkt förbättrade mekaniska och ljudreducerande egenskaper.

– Betongväggen 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.

Cementproverna med 50 procent grafen visade sig också ha mer ihåligt utrymme jämfört med referensproverna. Det innebär att skapande av mer hålrum leder till effektivare ljudreducering och bättre isoleringsegenskaper

När det kommer till cirkularitet kan cementisoleringsmaterialet lätt separeras från betongen och återvinnas.

– Genom att använda mindre mängder cement kan den långsiktiga livslängden för byggnadsstrukturer därför uppnås. Det förenklar arbetet med att kunna återvinna byggnader i industriprocessen i framtiden, säger Peter Andersén. 

Nu vill Svenska Cement fortsätta att utveckla grafenskummets förbättrade isoleringsbeteende. 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.

Mer om projektet

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.