用料減少了強(qiáng)度增加了 空心混凝土為何更加堅(jiān)固
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】混凝土是由膠凝材料、顆粒狀集料、水以及必要時(shí)加入的外加劑和摻合料按一定比例配制，經(jīng)均勻攪拌、密實(shí)成型、養(yǎng)護(hù)硬化而成的一種人造石材。由于其原料豐富、價(jià)格低廉，并且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的同時(shí)抗壓強(qiáng)度、耐久性表現(xiàn)還突出，因此被廣泛應(yīng)用于各種土木工程中。此外在一些特定領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，如保溫、抗輻射等。
與此同時(shí)，隨著科技的進(jìn)步和工程需求的不斷提高，混凝土技術(shù)也在不斷發(fā)展。而其發(fā)展的一個(gè)重要方向便是更加注重性能強(qiáng)度，以及更重視原材料的綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展價(jià)值。
而就在近日，美國(guó)普林斯頓大學(xué)工程師開發(fā)出一種新型混凝土，這種混凝土相較于傳統(tǒng)混凝土用料更少?gòu)?qiáng)度卻更高，能抵抗開裂和突發(fā)性破壞，抗損傷能力比普通混凝土高出5.6倍，而與傳統(tǒng)混凝土不同的是地方是其結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。
據(jù)悉，該工程師從人類骨骼堅(jiān)硬外層結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，模仿股骨的致密外殼結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)。人類股骨的致密外殼，由被稱為骨單位的橢圓形管狀結(jié)構(gòu)組成。這種結(jié)構(gòu)能夠有效的抵御骨單位受到?jīng)_擊時(shí)斷裂。新型混凝土師便是模仿的這種抗沖擊結(jié)構(gòu)，通過(guò)空心管“捕捉”裂紋并阻止其進(jìn)一步擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)抵抗開裂和突發(fā)性破壞的目的。與傳統(tǒng)的添加纖維、塑料等材料來(lái)增強(qiáng)強(qiáng)度不同，這種抗斷裂方式能夠控制每個(gè)裂紋的擴(kuò)展使得材料不會(huì)一次性全部斷裂，因此可以承受漸進(jìn)性損傷，堅(jiān)固程度也更高。
而為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，研究人員生產(chǎn)了一個(gè)特殊的聚氨酯硅模具。他們首先用聚乙烯醇3D打印了一個(gè)管狀模板模具，然后將橡膠倒入模具中制作出該模板的底片，在將橡膠溶解以形成聚氨酯硅模具，最后用聚氨酯硅模具澆筑混凝土。
在成品測(cè)試方面，研究人員對(duì)混凝土成品進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲測(cè)試和單邊缺口彎曲測(cè)試，以此收集有關(guān)材料斷裂韌性的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型混凝土抗損傷能力比普通混凝土高出5倍以上。并且由于并沒(méi)有使用纖維、塑料等添加材料，同時(shí)整體混凝土用量更少，因此在提升安全性的同時(shí)還減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。
當(dāng)然，該成果目前距離商用還有一定的距離，加工方法等細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，但是相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷發(fā)展，這種新型空心混凝土將會(huì)在不久的未來(lái)進(jìn)入生活，并進(jìn)一步完善和拓展其性能與應(yīng)用領(lǐng)域。
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