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科学家开发出“自愈”混凝土:可自动修复建造形成的裂缝,增加结构寿命

前瞻网    2021-06-17 10:51

伍斯特理工学院(WPI)的研究人员正在使用在红细胞中发现的一种酶,来制造能够“自愈”的混凝土。这种混凝土比传统混凝土耐用4倍,延长了混凝土结构的寿命,并消除了昂贵的维修或更换的需要。

这项研究发表在同行评比的《今日应用材料》(Applied Materials Today)杂志上,它使用一种酶与大气中的二氧化碳(CO2)自动反应生成碳酸钙晶体,这种晶体在结构、强度和其他性能上可媲美甚至超越普通混凝土,并能在裂缝造成结构问题之前将其填满。

科学家开发出“自愈”混凝土:可自动修复建造形成的裂缝,增加结构寿命

“如果微小的裂缝能够在开始时自动修复,它们就不会变成需要修复或更换的更大问题。这听起来像科幻小说,但它确实解决了建筑行业的一个重大问题。”

土木与环境工程副教授、论文第一作者尼玛·拉赫巴尔(Nima Rahbar)说。

受自然界中二氧化碳转移过程的启发,Rahbar的研究使用了碳酸酐酶(CA),一种在红细胞中发现的酶——这种酶能将二氧化碳迅速从细胞转移到血液中。

而在他们研发的新材料中,在混合和浇筑混凝土粉之前,将CA酶添加到混凝土粉中,它起到催化剂的作用,使大气中的二氧化碳产生碳酸钙晶体,碳酸钙晶体的基质与混凝土相似。当含酶混凝土中形成一个小裂缝时,混凝土中的酶与空气中的二氧化碳连接,触发新的基质生长,填充裂缝。

该团队开发了一种三管齐下的方法,包括混凝土混合——当用于建造结构时,将自动修复形成的小裂缝;一种能在较大的裂缝或孔洞中诱导自愈的混合物;还有一种方法,可以应用于传统的混凝土来修补裂缝。

为了修补更大的裂缝或洞,拉赫巴尔说钙和二氧化碳可以用来促进自主愈合。同样的混合物可以使用,但利用了不同的应用流程,以启动愈合已经凝固的传统混凝土。

混凝土是导致气候变化的二氧化碳排放的重要因素。根据总部位于伦敦的政策研究所查塔姆研究所(Chatham House) 2018年的一份报告,每年生产的水泥超过40亿吨,占全球二氧化碳排放量的8%左右。延长其使用寿命可以减少全球范围内对环境有害的二氧化碳排放,产生的效益显然是巨大的。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4126TJ

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