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无损检测助力欧盟HealCON项目研究自愈混凝土创新材料
发布:kittyll   时间:2016/4/27 10:45:26   阅读:434 
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桥梁 图片来源:网络
 
众所周知,混凝土是桥梁、隧道和道路等基础设施中的主要组成部分。当这些结构部件需要维修时,通常会导致长时间的交通堵塞。在华盛顿特区的美国科学发展协会(AAAS)年会上,德国慕尼黑工业大学(TUM)的无损检测教授Christian Grosse以及其他一些专家谈到了用于可持续基础设施的智能材料。
 
永久载荷效应或温度变化会导致混凝土产生一些小的裂缝。正如Christian Grosse教授所解释的那样:“这些裂缝通常并不会对结构的稳定性造成任何直接的威胁,但是他认为水和盐会渗透到混凝土中,从而破坏受影响的部件”。
 
三种愈合机制
 
对基础设施的维修成本是非常高昂的,同时维修也可能导致长时间的交通堵塞。在欧盟的研究项目HealCON中,有一个国际研究团队正致力于新型混凝土的开发,这种混凝土能够进行自我修复。科学家们当前正在研究三种不同的自我修复机制。
 
使细菌成为迷你建筑工人
 
某些细菌会产生碳酸钙以作为其代谢产物。科学家们使这些细菌孢子渗透至黏土球中,然后将这些黏土球混合至混凝土中。一旦水渗入到混凝土中,微生物就会开始变得活跃起来,同时释放出碳酸钙,而碳酸钙则是混凝土的主要成分之一。 “细菌可以在大约几天的时间内修复几毫米宽的裂缝,”Grosse说道。
 

细菌 图片来源:网络
 
使用水凝胶作为缝隙填料
 
水凝胶是一种吸收水分的聚合物,常用于尿布中。含有水凝胶的材料可以膨胀至其原始尺寸的10倍甚至100倍。混凝土中形成的裂纹可以通过与水分接触后发生膨胀的水凝胶来进行修复,这样就防止了水进一步渗透而导致裂缝扩大的可能。
 

水凝胶 图片来源:网络
 
环氧树脂带来更大的强度
 
环氧树脂或聚氨酯可以压缩成胶囊混合到混凝土中。当混凝土产生裂缝时,胶囊会裂开然后释放出聚合物。它会形成一个将裂缝封住的硬块。而这同时会产生一个正面的副作用——增加了结构的稳定性。


环氧树脂 图片来源:网络
 
混凝土修复效果的无损检测验证
 
Grosse和他的同事利用无损检测技术对这些愈合剂的性能进行了专门的测试。
 
例如,他们采用了声发射技术,将压力施加在包含其中一种愈合剂的混凝土块上。当混凝土产生裂缝后会产生声波,科学家通过传感器来对声波进行测量。根据测量数据不仅可以确定裂纹是否已经形成,同时也可以精确地进行定位。
 
随后在修复过程中,研究人员又进行了实验。如果修复过程没有成功,那么仍然会存在一些新的声波,这表示裂缝仍然存在。如果裂缝已经得到填充,仍然会有新的声波出现,但这些声波的位置与先前是不同的。
 
“裂纹的局部声音可以清楚地表明修复措施是否管用,”Grosse说道。
 

无损检测实验 图片来源:德国慕尼黑工业大学(TUM)
 
使用超声波测试结构部件
 
上面的声发射验证分析适合于在实验室应用,但对于现实生活中大型混凝土部件的现场测试必须使用另一种不同的技术。“在这种情况下,我们使用连续超声波脉冲法来进行测试,”Grosse说道。
 
科学家测量传播穿过整个混凝土的超声波脉冲所需的时间。裂缝会妨碍信号的传输,从而造成整个传播时间的延长。如果裂缝已经得到修复,那么脉冲通过材料的时间将恢复正常。对于受损的材料来说,其脉冲信号的强度会明显下降。
 
在实验室条件下,上述的超声波测试实验获得了令人满意的结果。下一阶段的研究主要涉及在实际建筑构件(桥梁或隧道部分)中自修复材料的使用。在这个阶段后,修复技术则应当能够使用于标准混凝土生产和施工方法中。
 
HealCON项目由欧盟资助,其作为欧盟针对研究及技术开发第七框架计划的一部分(FP7/2007-2013),拨款协议编号为309451。另外该项目是与比利时根特大学(Ghent University)共同协作进行的。


译自:sciencedaily
来源:材料与测试
译者:兔子小光

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