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美大学开发新型神奇混凝土 能弯曲自行修复
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文章来源:中国混凝土网   添加人:liuming   添加时间:2009-5-19

 

    这是美国密歇根大学开发的一种新型混凝土,它不但可以弯曲到相当程度,而且在裂开时还能自行修复,人不必帮忙,需要的只是水和二氧化碳。

  请看这张图,一件样品被施以压力,它弯曲了,但没有断裂。神奇的是,它居然是一块水泥混凝土板。

  原来,当它被拉伸时,不像传统混凝土那样出现导致断裂的大裂缝,而是形成许多细小的裂纹。裂纹表面的干水泥能与水和二氧化碳反应,形成一道薄薄的白色碳酸钙疤痕。碳酸钙质地坚固,自然界海贝壳就是由它组成。材料的修复需要1到5个由湿到干的周期。用新材料制成的桥如果受到损伤,几个毛毛细雨天就足够它自行修复了。

  主持项目的土木工程和材料科学教授维克多·李打比方说,“如果你手上有个小伤口,身体能自行修复;创伤大了,就需要帮忙,可能非缝针不可。而我们的材料即使在超载状态下,裂缝还是很小。”

  李的实验室通过多次试验,发现裂缝须在150微米以下(最好小于50微米),才能全部修复。为此他们改进了已开发15年的可弯曲工程水泥复合材料(ECC)。现在样品裂缝的平均宽度不到60微米,相当于人头发粗细的一半。

  被修复混凝土的测试也是重要环节,研究人员采用共振频率测量来确定裂缝产生前和修复后的材料刚度和强度。在测试中将声波输送通过材料,侦测其结构方面的变化。

  研究人员对自修复水泥样品施以拉伸形变3%的力,样品还完好无损并保持安全性能;而修复后的强度几乎完全恢复。要知道,如果说样品伸展了3%,就相当于100米的构件伸展3米,这样的状态下金属会严重变形,而传统混凝土在拉伸形变0.01%的负载下就可能断裂。

  “我们惊喜地发现,当修复后再一次承载时,它的性能与新构件毫无二致,特别是刚度和强度,”李说,“裂缝损害的自修复,挽回了材料受损时丧失的刚度,仍保持安全的承载能力。”

  李说,传统混凝土的脆性和刚性,让人联想到陶瓷,遇到地震或过载使用容易导致灾难性的垮塌。而ECC材料则更有柔性,性能偏近金属,而不是玻璃。它能适度弯曲而避免破损,特殊涂布的加强纤维更帮助保持它的整体性。自修复混凝土不需要钢筋加固,彻底避免了锈蚀。

  “联邦刺激计划包括1000亿多美元的公共设施,”李说,“希望再建道路和桥梁时作出正确选择,以免基础设施在5到10年后又需要昂贵的维修或重建。用自修复混凝土能减少能耗和碳足迹,使建筑与环境更为和谐。”

  李的论文是《工程水泥复合材料通过湿干周期的自我修复》,研究由美国国家科学基金和中国国家奖学金赞助。李将于2009年6月芝加哥的自修复材料国际会议上发表关于自修复混凝土的主题演讲。

 

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