能讓混凝土呼救嗎？

曾有人幻想，如果鋼筋混凝橋梁在剛剛出現裂紋還沒有斷裂之前，自己能大呼“哎呦!救命呀!”向人們報警，提醒管理人員趕緊搶救，也許就有可能避免一次惡性事故；或者，橋梁更“主動”一點，出現裂紋后自己能立即自動修補并加固如初，那也有可能避免橋毀人亡的慘劇。也許有人會說，無生命的橋梁會自己喊“救命”，能自己修補裂紋，豈不是“天方夜譚”嗎?

其實，幻想往往是“發明之母”，美國一些橋梁專家還真的在研究能喊“救命”和自動修補裂紋的橋梁。美國伊利諾伊大學的建筑學家從上世紀90年代初開始了這項研究工作。他們的思路是：在混凝土中埋入大量空心纖維，空心纖維中事先裝有裂紋修補劑。當混凝土開裂時，空心纖維也會開裂，并流出修補裂紋的粘結劑，防止裂紋進一步擴大。這種智能材料稱為被動式智能材料。美國的另一些橋梁專家則在研究一種主動式智能材料。他們的方法是在混凝土中埋入光導纖維或微型電子芯片和傳感器，在橋梁出現問題時，能使橋梁自動加固。

埋在混凝土中的傳感器得到某部分出現裂紋的信號后，計算機就會發出指令，使事先埋入橋梁中的微小液滴變成固體而自動加固，或使形狀記憶合金發生相變增加橋梁強度。

能伸能曲的混凝土

至今為止，不管是什么混凝土都有些寧折不彎的“硬漢”品格。這種品格對于人來說是可貴的，但對于用作建筑材料的混凝土就未必是好事。比如在發生大地震時，寧折不彎的后果就是房倒屋塌。而如果建筑高樓大廈的混凝土能像大風中的樹木一樣彎曲，就有可能躲過災難。一些科學家終于尋找到了這種新型建筑材料。

研究人員們首先分析了混凝土“寧折不彎”的原因。原來，在顯微鏡下，表面上看似完好的混凝土內部卻到處是比頭發絲還細得多的小孔洞。真是千瘡百孔，難怪一彎就斷!于是他們提出了一個治療小孔洞的“藥方”。即在水泥中加入10％～15％的聚丙烯長纖維以及鐵粉、玻璃粉，然后充分攪拌，最后擠壓成混凝土。另一位研究員也提出了一個治療混凝土怕拉怕彎的“藥方”。他先用水泥抹在纖維上，然后將這些纖維和混凝土從一個漏斗形的裝置中擠過去，盡量消除其中的小孔洞。然后再放在真空室內抽出殘余氣體，并再次加壓進一步消除其中的氣泡。

兩位科學家制出的混凝土樣品經過試驗，果然能伸能曲。比如，有的樣品就比普通混凝土的抗彎性能高100倍，強度高4倍。抗拉性能也大大增加，100厘米長的樣品拉到101厘米也沒有斷裂。這在普通混凝土中是不可想象的。抗彎強度也大大提高，用這種新方法制成的混凝土板只需1．27厘米厚就有相當15厘米厚的普通混凝土板的強度。這是什么道理呢?其中的關鍵是加入的那些纖維起的作用，它們在混凝土中可以防止裂縫的擴大，還可以把己出現的裂縫牽拉彌合在一起，即把裂縫“拴住”，不讓它們由小變大。在制造過程中消除內部氣體的各種技術也能錦上添花，使混凝土的抗拉抗彎性能“更上一層樓”。

現在能曲能伸的混凝土已經問世，用它作樓房的預制板可大大減輕重量，可以抗大地震。它的大量應用已為期不遠。

會調節空氣溫度的混凝土

用天然材料，如木材、紙制品等建造的居住空間或收藏室，在通風良好的情況下，可形成良好調濕性的室內環境。與這些天然材料相比，用混凝土等建造的近代建筑物雖然有優良的耐久性和隔熱性，但缺乏吸濕和放濕能力。對于混凝土建筑，由于工期的縮短，混凝土未經干燥早期水分就投入使用，工廠或住宅的內裝修受到破壞后，混凝土墻壁會出現結露現象。

北方地區冬季于燥，特別是室內通暖氣后，由于建筑物調節濕度能力差，濕度更小，出現衣服、電器很容易產生靜電，人的皮膚干燥，家具干裂的現象，所以，很多家庭使用空氣加濕器調節空氣濕度。夏季南方梅雨季節，在濕度大、人口稠密的居住地區，由于房屋內材料腐朽導致霉菌的大量繁殖，使得建筑物強度嚴重受損。此外，在真菌繁殖的同時，往往伴隨著過敏反應、流行病籌發生。為解決此類問題，必須使用空氣調節器，用于除濕和通風，消耗更多的電能。另外，美術館中的美術作品要求室內穩定的溫度和濕度，給建筑環境提出了新課題。

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日本研究開發了根據不同濕度條件下的水蒸氣吸附、脫附規律的自律型調濕混凝土材料(會呼吸的智能調濕材料)。呼吸性調節濕度的材料現在主要用于對濕度變化敏感的美術作品收藏室、對溫度和濕度變化敏感的食品倉庫。今后，在醫院等康復性場所以及有節能要求的建筑也可能大量應用。

研究發現，把沸石粉作為調濕性組分加入混凝土材料當中就可制成滿足上述要求的調濕性混凝土。考慮到經濟因素，調濕性組分一般都是選用天然沸石。采用加入天然沸石的方法制成的調濕性混凝土具有以下特點：優先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度有關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。日本對這方面的材料進行了大量的研究，并已應用于實際的工程當中。

有安全保障的智能混凝土

將碳纖維和玻璃纖維束用樹脂固化形成一種復合材料，用于混凝土，可以在混凝土結構物內形成監測系統，能對結構物引起的何種傷害進行調查檢測。纖維束中的碳纖維是一種導電材料，其極限伸長量比玻璃纖維小。在繼續拉伸中首先是少數碳纖維開始破斷。利用這種特性，如將這種復合材料用于金庫的混凝土墻、樓板和頂板，即可構成金庫的安全保護系統。其電阻值是可以測定的，隨著變形的加大，電阻值隨之增加，在碳纖維完全破斷時，電阻值達到無限大。這時，報警中心的警鈴即發出響聲，從而傳出報警的信息。

混凝土技術與其工藝表明，通過降低混凝土水灰比，并摻入硅灰一類粉狀摻和料，使混凝土的微組織更加致密，從而獲得了高強混凝土。但是這種混凝土一旦遭受火災時，混凝土內的水分即快速蒸發，壓力隨之增高，而蒸汽卻無法泄出，結果即引起混凝土爆裂。

為防止這種情況發生，有一種方案是在混凝土內摻入1％(體積比)的聚丙烯短纖維。由于摻量極為有限，因此對混凝土的強度和剛度的影響極小，一般可以忽略不計。但摻有聚丙烯短纖維的混凝土，在遭受火災時，隨著溫度的升高，聚丙烯短纖維卻開始熔化，并在混凝土內形成相當多的空隙，混凝土內的蒸汽即向外泄出，避免了高強混凝土因火災而發生爆裂的事故。這種防火災爆裂高強混凝土，實際上也是一種智能混凝土。

美妙的應用前景

智能混凝土具有廣泛的應用前景，既可以用于土木工程結構的實時和長期監控以及損傷評價，還可以用來監測車重和車速。智能混凝土不僅是結構材料，同時也是功能材料，可制成新型的傳感器、電磁屏蔽材料以及電熱元件。

智能混凝土對土木建筑結構的應力、應變和溫度等參數進行實時、在線監控，對損傷進行及時修復，并可減輕臺風、地震對混凝土結構的沖擊。這對確保混凝土結構的安全性和延長其使用壽命是非常重要的。

發展智能混凝土材料是智能化時代的要求，我們所期待的未來的智能混凝土材料既是一種具有高性能的建筑結構材料，同時又是一種具有優異智能特性的智能材料。智能混凝土材料作為對傳統混凝土材料的一種突破，其發展必將使混凝土材料的應用具有更廣闊的前景和產生巨大的社會經濟效益。

[責任編輯] 龐云