眾所周知，混凝土是橋梁、隧道和道路等基礎(chǔ)設(shè)施中的主要組成部分。當這些結(jié)構(gòu)部件需要維修時，通常會導致長時間的交通堵塞。在華盛頓特區(qū)的美國科學發(fā)展協(xié)會（AAAS）年會上，德國慕尼黑工業(yè)大學（TUM）的無損檢測教授Christian Grosse以及其他一些專家談到了用于可持續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施的智能材料。
永久載荷效應(yīng)或溫度變化會導致混凝土產(chǎn)生一些小的裂縫。正如Christian Grosse教授所解釋的那樣：“這些裂縫通常并不會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成任何直接的威脅，但是他認為水和鹽會滲透到混凝土中，從而破壞受影響的部件"。
三種愈合機制
對基礎(chǔ)設(shè)施的維修成本是非常高昂的，同時維修也可能導致長時間的交通堵塞。在歐盟的研究項目HealCON中，有一個國際研究團隊正致力于新型混凝土的開發(fā)，這種混凝土能夠進行自我修復。科學家們當前正在研究三種不同的自我修復機制。
使細菌成為迷你建筑工
某些細菌會產(chǎn)生碳酸鈣以作為其代謝產(chǎn)物。科學家們使這些細菌孢子滲透至黏土球中，然后將這些黏土球混合至混凝土中。一旦水滲入到混凝土中，微生物就會開始變得活躍起來，同時釋放出碳酸鈣，而碳酸鈣則是混凝土的主要成分之一。 “細菌可以在大約幾天的時間內(nèi)修復幾毫米寬的裂縫，”Grosse說道。
使用水凝膠作為縫隙填料
水凝膠是一種吸收水分的聚合物，常用于尿布中。含有水凝膠的材料可以膨脹至其原始尺寸的10倍甚至100倍?；炷林行纬傻牧鸭y可以通過與水分接觸后發(fā)生膨脹的水凝膠來進行修復，這樣就防止了水進一步滲透而導致裂縫擴大的可能。
環(huán)氧樹脂帶來的更大的強度
環(huán)氧樹脂或聚氨酯可以壓縮成膠囊混合到混凝土中。當混凝土產(chǎn)生裂縫時，膠囊會裂開然后釋放出聚合物。它會形成一個將裂縫封住的硬塊。而這同時會產(chǎn)生一個正面的副作用——增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
混凝土修復效果的無損檢測驗證
Grosse和他的同事利用無損檢測技術(shù)對這些愈合劑的性能進行了專門的測試。
例如，他們采用了聲發(fā)射技術(shù)，將壓力施加在包含其中一種愈合劑的混凝土塊上。當混凝土產(chǎn)生裂縫后會產(chǎn)生聲波，科學家通過傳感器來對聲波進行測量。根據(jù)測量數(shù)據(jù)不僅可以確定裂紋是否已經(jīng)形成，同時也可以精確地進行定位。
隨后在修復過程中，研究人員又進行了實驗。如果修復過程沒有成功，那么仍然會存在一些新的聲波，這表示裂縫仍然存在。如果裂縫已經(jīng)得到填充，仍然會有新的聲波出現(xiàn)，但這些聲波的位置與先前是不同的。
“裂紋的局部聲音可以清楚地表明修復措施是否管用，”Grosse說道。
使用超聲波測試結(jié)構(gòu)部件
上面的聲發(fā)射驗證分析適合于在實驗室應(yīng)用，但對于現(xiàn)實生活中大型混凝土部件的現(xiàn)場測試必須使用另一種不同的技術(shù)?！霸谶@種情況下，我們使用連續(xù)超聲波脈沖法來進行測試，”Grosse說道。
科學家測量傳播穿過整個混凝土的超聲波脈沖所需的時間。裂縫會妨礙信號的傳輸，從而造成整個傳播時間的延長。如果裂縫已經(jīng)得到修復，那么脈沖通過材料的時間將恢復正常。對于受損的材料來說，其脈沖信號的強度會明顯下降。
在實驗室條件下，上述的超聲波測試實驗獲得了令人滿意的結(jié)果。下一階段的研究主要涉及在實際建筑構(gòu)件（橋梁或隧道部分）中自修復材料的使用。在這個階段后，修復技術(shù)則應(yīng)當能夠使用于標準混凝土生產(chǎn)和施工方法中。
HealCON項目由歐盟資助，其作為歐盟針對研究及技術(shù)開發(fā)第七框架計劃的一部分（FP7/2007-2013），撥款協(xié)議編號為309451。另外該項目是與比利時根特大學（Ghent University）共同協(xié)作進行的。
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