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(dāng)這些結(jié)構(gòu)部件需要維修時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致長時(shí)間的交通堵塞。在華盛頓特區(qū)的美國科學(xué)發(fā)展協(xié)會(huì)（AAAS）年會(huì)上，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的無損檢測(cè)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(huì)導(dǎo)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(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成任何直接的威脅，但是他認(rèn)為水和鹽會(huì)滲透到混凝土中，從而破壞受影響的部件"。
三種愈合機(jī)制
對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的維修成本是非常高昂的，同時(shí)維修也可能導(dǎo)致長時(shí)間的交通堵塞。在歐盟的研究項(xiàng)目HealCON中，有一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)正致力于新型混凝土的開發(fā)，這種混凝土能夠進(jìn)行自我修復(fù)?？茖W(xué)家們當(dāng)前正在研究三種不同的自我修復(fù)機(jī)制。
使細(xì)菌成為迷你建筑工
某些細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣以作為其代謝產(chǎn)物。科學(xué)家們使這些細(xì)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(huì)開始變得活躍起來，同時(shí)釋放出碳酸鈣，而碳酸鈣則是混凝土的主要成分之一。 “細(xì)菌可以在大約幾天的時(shí)間內(nèi)修復(fù)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。混凝土中形成的裂紋可以通過與水分接觸后發(fā)生膨脹的水凝膠來進(jìn)行修復(fù)，這樣就防止了水進(jìn)一步滲透而導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大的可能。
環(huán)氧樹脂帶來的更大的強(qiáng)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(dāng)混凝土產(chǎn)生裂縫時(shí)，膠囊會(huì)裂開然后釋放出聚合物。它會(huì)形成一個(gè)將裂縫封住的硬塊。而這同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正面的副作用——增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
混凝土修復(fù)效果的無損檢測(cè)驗(yàn)證
Grosse和他的同事利用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)這些愈合劑的性能進(jìn)行了專門的測(cè)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(dāng)混凝土產(chǎn)生裂縫后會(huì)產(chǎn)生聲波，科學(xué)家通過傳感器來對(duì)聲波進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)不僅可以確定裂紋是否已經(jīng)形成，同時(shí)也可以精確地進(jìn)行定位。
隨后在修復(fù)過程中，研究人員又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。如果修復(fù)過程沒有成功，那么仍然會(huì)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(huì)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(fù)措施是否管用，”Grosse說道。
使用超聲波測(cè)試結(jié)構(gòu)部件
上面的聲發(fā)射驗(yàn)證分析適合于在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，但對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活中大型混凝土部件的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(jìn)行測(cè)試，”Grosse說道。
科學(xué)家測(cè)量傳播穿過整個(gè)混凝土的超聲波脈沖所需的時(shí)間。裂縫會(huì)妨礙信號(hào)的傳輸，從而造成整個(gè)傳播時(shí)間的延長。如果裂縫已經(jīng)得到修復(fù)，那么脈沖通過材料的時(shí)間將恢復(fù)正常。對(duì)于受損的材料來說，其脈沖信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)明顯下降。
在實(shí)驗(yàn)室條件下，上述的超聲波測(cè)試實(shí)驗(yàn)獲得了令人滿意的結(jié)果。下一階段的研究主要涉及在實(shí)際建筑構(gòu)件（橋梁或隧道部分）中自修復(fù)材料的使用。在這個(gè)階段后，修復(fù)技術(shù)則應(yīng)當(dāng)能夠使用于標(biāo)準(zhǔn)混凝土生產(chǎn)和施工方法中。
HealCON項(xiàng)目由歐盟資助，其作為歐盟針對(duì)研究及技術(shù)開發(fā)第七框架計(jì)劃的一部分（FP7/2007-2013），撥款協(xié)議編號(hào)為309451。另外該項(xiàng)目是與比利時(shí)根特大學(xué)（Ghent University）共同協(xié)作進(jìn)行的。
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