太神奇了!混凝土裂纹也能自我修复?

时间:2015-07-06 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
简介: 人体内的一些小伤口很容易在不需要治疗的情况下自行愈合。对于一些较大的伤口,其愈合可能需要外部的辅助治疗。混凝土类似于生命体,具有可以自行修复内部小伤口(即裂纹)的特征。然而,传统混

 

人体内的一些小伤口很容易在不需要治疗的情况下自行愈合。对于一些较大的伤口,其愈合可能需要外部的辅助治疗。混凝土类似于生命体,具有可以自行修复内部小伤口(即裂纹)的特征。然而,传统混凝土由于具有脆性,其裂纹不容易修复,这使得人们开始质疑,在不控制裂纹形成时传统混凝土自我修复的有效性。

具有一定强度的自修复复合材料称为工程胶结复合材料(ECC)。这种材料由密歇根大学(安娜堡)的材料工程博士Victor C. Li首先提出。与在各种领域广泛应用的传统混凝土材料不同,ECC增强超细纤维比人类头发还细,更有韧性。其韧性与加工硬化时多个平均宽度小于100微米的密集微裂纹的形成有关。在过载的条件下,该材料的裂纹宽度仍保持不变。

Gazi大学(土耳其)先进设施材料研究实验室的土木工程教授Mustafa Sahmaran说:“一旦材料中有裂纹宽度在微米级别的裂纹,一般情况下我们会添加某些特殊材料,如ECC自修复材料。自修复材料的研究不断取得进步,最近尤其热衷于对可重复修复材料和对老化基础设施的维护的研究。提到自我修复,ECC材料可以作为首选材料。ECC材料自我修复裂纹的主要机制有两个:无水胶结材料的水化反应和钙硅水合物凝胶和碳酸钙沉淀的生成。这两个反应发生的必要条件是存在于世界任何地方的物质:水和空气。尽管ECC材料在裂纹自修复里具有一定的效果,一些批评人士仍会质疑其“结合强度”机制。结合强度的其中一个标准是具有可重复性,即裂纹的闭合或多个裂纹的整合。结合强度的另一个标准是普遍性,即这种结合应发生于整个物质结构中,而不局限于特定的区域。”

Gazi大学土木工程学院的助理研究员和博士生YildirimGurkan说: “我们已经证明自修复ECC材料具有的相对较高的结合强度。即使在同一个地方进行重复6次的裂纹修复,每一个裂纹具有致命的材料缺陷,ECC材料依然可以达到85%的自修复率。从自修复率的记录中也可以证实,ECC材料自修复的结果与原材料非常接近,这意味着该材料的自修复机制是相当普遍的。除此之外,ECC材料的自修复性能并不牺牲微裂纹的内在强度,将同一地方的重复9次修复后的材料加以应用,其最大裂纹宽度依然小于190微米,这正体现了ECC材料优越的耐用性。(即使在恶劣的环境条件下,也同样适用。)”

由于其具有微裂纹固有的内在强度和自修复功能,ECC材料可以延长许多机械和新一代材料的耐久性,使得基础设施的功能化使用期限大大加长。

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