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科學家找到新預應力技術(shù):讓混凝土更輕更環(huán)保

cnBeta · 2020-07-18 18:47

提高混凝土強度和耐久性的方法之一是在澆筑前加入拉伸鋼筋,然后在混凝土凝固時抽出鋼筋以壓縮材料。不過現(xiàn)在科學家找到了新的預應力(pre-stressing)技術(shù),在不犧牲強度的情況下讓混凝土更輕,而且還能緩解碳排放。

作為世界上最常用的建筑材料,混凝土的碳足跡是巨大的,每年生產(chǎn)的數(shù)十億噸混凝土需要大量的能源。為此,世界各地的科學家都在尋求調(diào)整生產(chǎn)工藝,使其更加環(huán)保,即使是很小的改進也可能產(chǎn)生很大的影響。

目前預應力技術(shù)主要用于那些需要承受特別高荷載(例如梁或者橋)的混凝土材料,受拉鋼筋產(chǎn)生的力從內(nèi)部壓縮材料。但這項技術(shù)的一個缺點就是容易被腐蝕,這意味著在它們周圍澆筑的混凝土需要有一定的厚度,并采用碳纖維增強聚合物(CFRP)制成替代具有抗腐蝕能力的鋼筋。

但是,使用 CFRP 作為肌腱涉及到昂貴的設備,而且將它們錨定在構(gòu)件的兩端要復雜的工藝。這一點,再加上它們也有其局限性,這意味著預應力CFRP增強混凝土的使用并不像通過鋼筋的那樣廣泛。

瑞士聯(lián)邦材料科學與技術(shù)實驗室(EMPA)的科研團隊找到了新的突破口,為CFRP加固混凝土開發(fā)了一種特殊的配方,使其在硬化時膨脹。這意味著不需要錨定和拉伸鋼筋,因為材料在硬化時自己就會膨脹。肌腱就會永久地保持這種狀態(tài),對混凝土施加反力,產(chǎn)生壓應力。

該項目成員 Mateusz Wyrzykowski 博士表示:“如果你想為了能夠建造更薄的結(jié)構(gòu),更高的承重能力而對這些CFRP加固材料進行預應力,你就會達到你的極限。這就像一個人在手臂上纏上一根橡皮筋 并試圖拉伸它們,橡皮筋將處于緊張狀態(tài), 而一個人的手臂將經(jīng)歷橡皮筋的壓縮,按照類比,這樣的機制會讓膨脹的混凝土經(jīng)歷壓縮?!?/p>

這為更精益的混凝土構(gòu)件打開了一扇門,提供了巨大的強度,團隊的測試顯示,自應力材料可以承受與傳統(tǒng)預應力混凝土相當?shù)暮奢d,比非預應力CFRP混凝土構(gòu)件高出約三倍。

"我們的技術(shù)為輕質(zhì)建筑開辟了全新的可能性,"Wyrzykowski說。"我們不僅可以建造更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),還可以大大減少材料的使用量。我們可以很容易地同時在幾個方向上進行預應力,例如用于薄混凝土板或棱形曲線混凝土外殼。"

編輯:曾家明

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