会喊救命的混凝土

会喊救命的混凝土

figure_0036_0026
在城市里,到处都有钢筋混凝土做成的桥梁。在桥上经过时,有些小朋友总是有些怕怕的,担心桥会塌下去。其实,桥梁是很结实的,有的甚至能使用上百年呢?不过,有时候桥梁也会出现裂纹,要是不及时修补的话,那可就危险了。所以,科学家希望能制造出一种会说话的混凝土,那样就能避免一些危险了。
figure_0037_0027

桥梁要是会说话该多好!

从20世纪90年代初,美国一些桥梁专家就开始了一项研究,他们希望能制造出会自己喊“救命”的桥梁,或者有自动修补裂纹功能的桥梁。他们提出的设想是:将大量的空心纤维埋在混凝土中,并将裂纹修补剂装入空心纤维内。在混凝土裂开的时候,空心纤维也会一起裂开,修补裂纹的黏结剂就会流出来,裂纹就不会再进一步扩大。科学家将这种智能材料叫做“被动式智能材料”。

还有另外一些桥梁专家,他们正在致力于研究“主动式智能材料”。他们的设想是:将光导纤维埋入混凝土中,或者在混凝土中埋入微型电子芯片和传感器。当混凝土出现问题时,桥梁就会自动进行加固。如果埋的是传感器,在桥梁出现裂纹的时候,它就会向计算机发出求救信号,计算机就会启动桥梁中的自我修复功能。

figure_0038_0028

有弹性的混凝土

把混凝土放在显微镜下,你会发现它的内部有很多比头发丝还要细的小孔。原来,混凝土不像表面上那么完好,甚至可以说千疮百孔,难怪容易断裂了。为了增强混凝土的弹性,科学家们做了很多实验。有的科学家认为,在制造水泥的过程中,将10%至l5%的聚丙烯长纤维、铁粉和玻璃粉加入其中,经过充分搅拌再挤压成混凝土,这样小孔就不见了。

有的科学家则提出另一种方法,第一步,先把水泥均匀地抹在纤维上;第二步,把纤维和混凝土混在一起,放进一个漏斗形的装置中挤压;第三步,把混凝土移入真空室,抽出剩余的气体,然后再次加压。这样,就可以制造出不怕拉也不怕弯的混凝土了。

现在,这种有弹性的混凝土已经研制成功了,它的重量比原来轻了很多。用它制造的房屋,还具有抗大地震的功能呢!

会呼吸的新材料

日本研究开发了一种新型混凝土,科学家称它为“会呼吸的智能调湿材料”。在不同湿度条件下,这种会呼吸的混凝土能自动吸附或脱附水蒸气。与其他的混凝土相比,这种混凝土具有明显的优点:及时吸附空气中多余的水分;在温度上升的时候,放出湿气;在温度下降的时候,吸收湿气;在水蒸气压力低的空间,吸湿的能力还会有所提升。

figure_0039_0029

目前,这种混凝土的应用范围不是很广,像美术作品收藏室、食品仓库等场所,因为这些地方对湿度和温度的变化比较敏感,所以被最先选中。以后,它还会被用于医院等康复性场所和有节能要求的建筑。

就算有大火也不怕!

在现有混凝土制造技术和工艺的基础上,人们制造出了一种高强混凝土。方法很简单,适当降低混凝土的水灰比,然后加入硅灰之类的粉状掺合料,这样,混凝土的微组织密度就加大了。可惜的是,这种混凝土非常怕火,一旦发生火灾,混凝土内的水分就会迅速流失,随着压力的升高,混凝土很容易出现爆裂。

figure_0040_0030

后来,科学家对混凝土进行了革新,他们将l%(体积比)的聚丙烯短纤维加入到混凝土内。从此,一种防火灾爆裂的高强混凝土就产生了。因为加入的聚丙烯短纤维特别少,所以对混凝土强度和刚度没有什么大的影响。但加入这种纤维后,混凝土就不怕火了。如果发生火灾,聚丙烯短纤维就会在高温下熔化,并在混凝土内制造大量的空隙,使混凝土能抵抗高温高压。

figure_0011_0004

混凝土为什么会呼吸?

科研人员发现,沸石粉是一种很好的调湿性成分,把它加入混凝土材料后,混凝土就可以呼吸了。因为能够自由呼吸,所以这种材料能掌控房间的湿度。住在这种混凝土建成的房子中,小朋友就不会觉得干燥或潮湿了。但是,人工沸石粉的成本太高了,为了尽量降低制造成本,人们大多数还是用天然沸石粉来充当调湿性成分。