用料減少了強度增加了 空心混凝土為何更加堅固
【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、密實成型、養(yǎng)護硬化而成的一種人造石材。由于其原料豐富、價格低廉，并且生產(chǎn)工藝簡單的同時抗壓強度、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，隨著科技的進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)展的一個重要方向便是更加注重性能強度，以及更重視原材料的綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展價值。
而就在近日，美國普林斯頓大學(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)混凝土用料更少強度卻更高，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)對混凝土結(jié)構(gòu)進行了重新的設(shè)計。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)_擊時斷裂。新型混凝土師便是模仿的這種抗沖擊結(jié)構(gòu)，通過空心管“捕捉”裂紋并阻止其進一步擴展，從而實現(xiàn)抵抗開裂和突發(fā)性破壞的目的。與傳統(tǒng)的添加纖維、塑料等材料來增強強度不同，這種抗斷裂方式能夠控制每個裂紋的擴展使得材料不會一次性全部斷裂，因此可以承受漸進性損傷，堅固程度也更高。
而為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，研究人員生產(chǎn)了一個特殊的聚氨酯硅模具。他們首先用聚乙烯醇3D打印了一個管狀模板模具，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。
在成品測試方面，研究人員對混凝土成品進行了三點彎曲測試和單邊缺口彎曲測試，以此收集有關(guān)材料斷裂韌性的數(shù)據(jù)。實驗結(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。并且由于并沒有使用纖維、塑料等添加材料，同時整體混凝土用量更少，因此在提升安全性的同時還減少了對環(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)還需要進一步優(yōu)化，但是相信隨著技術(shù)的不斷進步和市場的不斷發(fā)展，這種新型空心混凝土將會在不久的未來進入生活，并進一步完善和拓展其性能與應(yīng)用領(lǐng)域。
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