能让混凝土呼救吗?

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曾有人幻想，如果钢筋混凝桥梁在刚刚出现裂纹还没有断裂之前，自己能大呼“哎呦!救命呀!”向人们报警，提醒管理人员赶紧抢救，也许就有可能避免一次恶性事故；或者，桥梁更“主动”一点，出现裂纹后自己能立即自动修补并加固如初，那也有可能避免桥毁人亡的惨剧。也许有人会说，无生命的桥梁会自己喊“救命”，能自己修补裂纹，岂不是“天方夜谭”吗?

其实，幻想往往是“发明之母”，美国一些桥梁专家还真的在研究能喊“救命”和自动修补裂纹的桥梁。美国伊利诺伊大学的建筑学家从上世纪90年代初开始了这项研究工作。他们的思路是：在混凝土中埋入大量空心纤维，空心纤维中事先装有裂纹修补剂。当混凝土开裂时，空心纤维也会开裂，并流出修补裂纹的粘结剂，防止裂纹进一步扩大。这种智能材料称为被动式智能材料。美国的另一些桥梁专家则在研究一种主动式智能材料。他们的方法是在混凝土中埋入光导纤维或微型电子芯片和传感器，在桥梁出现问题时，能使桥梁自动加固。

埋在混凝土中的传感器得到某部分出现裂纹的信号后，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁中的微小液滴变成固体而自动加固，或使形状记忆合金发生相变增加桥梁强度。

能伸能曲的混凝土

至今为止，不管是什么混凝土都有些宁折不弯的“硬汉”品格。这种品格对于人来说是可贵的，但对于用作建筑材料的混凝土就未必是好事。比如在发生大地震时，宁折不弯的后果就是房倒屋塌。而如果建筑高楼大厦的混凝土能像大风中的树木一样弯曲，就有可能躲过灾难。一些科学家终于寻找到了这种新型建筑材料。

研究人员们首先分析了混凝土“宁折不弯”的原因。原来，在显微镜下，表面上看似完好的混凝土内部却到处是比头发丝还细得多的小孔洞。真是千疮百孔，难怪一弯就断!于是他们提出了一个治疗小孔洞的“药方”。即在水泥中加入10％～15％的聚丙烯长纤维以及铁粉、玻璃粉，然后充分搅拌，最后挤压成混凝土。另一位研究员也提出了一个治疗混凝土怕拉怕弯的“药方”。他先用水泥抹在纤维上，然后将这些纤维和混凝土从一个漏斗形的装置中挤过去，尽量消除其中的小孔洞。然后再放在真空室内抽出残余气体，并再次加压进一步消除其中的气泡。

两位科学家制出的混凝土样品经过试验，果然能伸能曲。比如，有的样品就比普通混凝土的抗弯性能高100倍，强度高4倍。抗拉性能也大大增加，100厘米长的样品拉到101厘米也没有断裂。这在普通混凝土中是不可想象的。抗弯强度也大大提高，用这种新方法制成的混凝土板只需1．27厘米厚就有相当15厘米厚的普通混凝土板的强度。这是什么道理呢?其中的关键是加入的那些纤维起的作用，它们在混凝土中可以防止裂缝的扩大，还可以把己出现的裂缝牵拉弥合在一起，即把裂缝“拴住”，不让它们由小变大。在制造过程中消除内部气体的各种技术也能锦上添花，使混凝土的抗拉抗弯性能“更上一层楼”。

现在能曲能伸的混凝土已经问世，用它作楼房的预制板可大大减轻重量，可以抗大地震。它的大量应用已为期不远。

会调节空气温度的混凝土

用天然材料，如木材、纸制品等建造的居住空间或收藏室，在通风良好的情况下，可形成良好调湿性的室内环境。与这些天然材料相比，用混凝土等建造的近代建筑物虽然有优良的耐久性和隔热性，但缺乏吸湿和放湿能力。对于混凝土建筑，由于工期的缩短，混凝土未经干燥早期水分就投入使用，工厂或住宅的内装修受到破坏后，混凝土墙壁会出现结露现象。

北方地区冬季于燥，特别是室内通暖气后，由于建筑物调节湿度能力差，湿度更小，出现衣服、电器很容易产生静电，人的皮肤干燥，家具干裂的现象，所以，很多家庭使用空气加湿器调节空气湿度。夏季南方梅雨季节，在湿度大、人口稠密的居住地区，由于房屋内材料腐朽导致霉菌的大量繁殖，使得建筑物强度严重受损。此外，在真菌繁殖的同时，往往伴随着过敏反应、流行病筹发生。为解决此类问题，必须使用空气调节器，用于除湿和通风，消耗更多的电能。另外，美术馆中的美术作品要求室内稳定的温度和湿度，给建筑环境提出了新课题。

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日本研究开发了根据不同湿度条件下的水蒸气吸附、脱附规律的自律型调湿混凝土材料(会呼吸的智能调湿材料)。呼吸性调节湿度的材料现在主要用于对湿度变化敏感的美术作品收藏室、对温度和湿度变化敏感的食品仓库。今后，在医院等康复性场所以及有节能要求的建筑也可能大量应用。

研究发现，把沸石粉作为调湿性组分加入混凝土材料当中就可制成满足上述要求的调湿性混凝土。考虑到经济因素，调湿性组分一般都是选用天然沸石。采用加入天然沸石的方法制成的调湿性混凝土具有以下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度有关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。日本对这方面的材料进行了大量的研究，并已应用于实际的工程当中。

有安全保障的智能混凝土

将碳纤维和玻璃纤维束用树脂固化形成一种复合材料，用于混凝土，可以在混凝土结构物内形成监测系统，能对结构物引起的何种伤害进行调查检测。纤维束中的碳纤维是一种导电材料，其极限伸长量比玻璃纤维小。在继续拉伸中首先是少数碳纤维开始破断。利用这种特性，如将这种复合材料用于金库的混凝土墙、楼板和顶板，即可构成金库的安全保护系统。其电阻值是可以测定的，随着变形的加大，电阻值随之增加，在碳纤维完全破断时，电阻值达到无限大。这时，报警中心的警铃即发出响声，从而传出报警的信息。

混凝土技术与其工艺表明，通过降低混凝土水灰比，并掺入硅灰一类粉状掺和料，使混凝土的微组织更加致密，从而获得了高强混凝土。但是这种混凝土一旦遭受火灾时，混凝土内的水分即快速蒸发，压力随之增高，而蒸汽却无法泄出，结果即引起混凝土爆裂。

为防止这种情况发生，有一种方案是在混凝土内掺入1％(体积比)的聚丙烯短纤维。由于掺量极为有限，因此对混凝土的强度和刚度的影响极小，一般可以忽略不计。但掺有聚丙烯短纤维的混凝土，在遭受火灾时，随着温度的升高，聚丙烯短纤维却开始熔化，并在混凝土内形成相当多的空隙，混凝土内的蒸汽即向外泄出，避免了高强混凝土因火灾而发生爆裂的事故。这种防火灾爆裂高强混凝土，实际上也是一种智能混凝土。

美妙的应用前景

智能混凝土具有广泛的应用前景，既可以用于土木工程结构的实时和长期监控以及损伤评价，还可以用来监测车重和车速。智能混凝土不仅是结构材料，同时也是功能材料，可制成新型的传感器、电磁屏蔽材料以及电热元件。

智能混凝土对土木建筑结构的应力、应变和温度等参数进行实时、在线监控，对损伤进行及时修复，并可减轻台风、地震对混凝土结构的冲击。这对确保混凝土结构的安全性和延长其使用寿命是非常重要的。

发展智能混凝土材料是智能化时代的要求，我们所期待的未来的智能混凝土材料既是一种具有高性能的建筑结构材料，同时又是一种具有优异智能特性的智能材料。智能混凝土材料作为对传统混凝土材料的一种突破，其发展必将使混凝土材料的应用具有更广阔的前景和产生巨大的社会经济效益。