科学家研发自愈合混凝土 用休眠细菌修补裂缝

科学家研发自愈合混凝土用休眠细菌修补裂缝生物纤维自愈合混凝土工作时的彩色扫描电子显微镜图像但现实世界很少按照理想状态运行，因此混凝土会不断受到风化，从而产生裂缝。这才是真正的问题所在，因为温度波动会迫使裂缝扩大，而湿气则会引发各种侵蚀混凝土的过程。因此，混凝土结构需要经常维护，这不仅成本高昂且不方便，还会增加制造这种材料对环境的影响（本来就很大）。如果能找到减缓劣化的方法，就能省去很多麻烦。这就是德雷克塞尔生物纤维的用武之地。这些聚合物纤维不仅能起到物理加固作用，还具有重要的双重作用，即自我修复机制。纤维表面涂有一层水凝胶，水凝胶中含有内生孢子，内生孢子是细菌的休眠形式，可以抵御极端环境，当环境变得更舒适时，内生孢子又会重新苏醒。然后在水凝胶层上涂上一层薄薄的聚合物外壳。生物纤维混凝土可以像其他混凝土一样使用，但它的秘密超能力只有在以后开裂时才会显现出来。当水到达生物纤维时，水凝胶就会膨胀并破壳而出，推向地表。在这个过程中，沉睡的细菌被唤醒，它们开始从周围的混凝土中吸取碳和钙。这就产生了碳酸钙，一种填充和修补裂缝的胶结材料。该团队的首席研究员阿米尔-法纳姆（AmirFarnam）说："这是一项令人兴奋的进展，因为我们一直在努力利用大自然的灵感来改进建筑材料。我们每天都在看到，老化的混凝土结构正在遭受破坏，从而降低了其功能寿命，并需要进行昂贵的关键性维修。试想一下，它们能自我修复吗？在我们的皮肤中，我们的组织通过注入自我修复液--血液--的多层纤维结构自然实现自我修复。这些生物纤维模仿了这一概念，并利用造石细菌创造出能对损伤做出反应的活体自愈混凝土。"研究小组表示，虽然愈合时间可能会有所不同，但生物纤维似乎能够在短短一两天内修补裂缝。以前的研究已经制造出了注入细菌的自愈合混凝土，但主要挑战之一是如何在混凝土完好无损的情况下保持微生物长期存活。使用包裹在聚合物保护壳下的水凝胶中的休眠内生孢子可能就是答案。虽然还有很多工作要做，但研究人员表示，生物纤维混凝土最终可以帮助降低建筑物的维护要求，并减少混凝土生产过程中的二氧化碳排放量。这项研究发表在《建筑与建材》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398397.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398397.htm

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分混凝土是世界上最常用的建筑材料，但它并非不受损害。天气和压力会导致微小的裂缝，这些裂缝会发展成更大的裂缝，最终威胁到整个结构的完整性。这可能需要昂贵的维护或更换，以防止灾难性的损坏。相比之下，古罗马结构经受了两千多年的时间考验。为了找出原因，科学家们长期以来一直在显微镜下检查材料的样本，以研究其成分并发现赋予这种强度的成分。由意大利一个特定地区的火山灰制成的Pozzolanic材料，具有突出的特点。石灰也是如此，在以前的研究中发现，这有助于混凝土在码头等海洋环境中随着时间的推移变得更加坚固。一种常见的包含物--毫米大小的白色矿物块，称为石灰碎块--通常被视为一种副产品而被忽视，但在新的研究中，研究人员发现，它们的存在可能是有原因的。该研究的主要作者AdmirMasic说："这些石灰碎块的存在仅仅归因于低质量控制，这种想法一直困扰着我。如果罗马人为制造一种杰出的建筑材料付出了如此多的努力，遵循所有经过许多世纪优化的详细配方，为什么他们会在确保生产出混合良好的最终产品方面付出如此少的努力？这个故事一定有更多的内容。"左图：意大利Privernum考古遗址，本研究在那里收集了古代混凝土样品。右图。其中一个样品中的成分的假色图，其中有一个大的钙包合物（红色）MIT研究小组使用了一些成像和化学绘图技术来更仔细地检查石灰碎块，并发现它们是由碳酸钙类型的物质在高温下形成的。这表明它们是通过直接添加（或"热混合"）生石灰制成的，生石灰是一种比古罗马人假定使用的石灰形式更具反应性的形式。"热搅拌的好处是双重的，"Masic说。"首先，当整个混凝土被加热到高温时，它会出现如果只使用消石灰就不可能出现的化学成分，同时产生高温相关的化合物，否则就不会形成。第二，由于所有的反应都加快了，这种温度的提高大大减少了固化和凝固时间，使施工速度大大加快。"但更重要的是，这些石灰碎块在混凝土的自我修复中发挥了积极作用。热搅拌过程使夹杂物变脆，因此，当混凝土中形成微小的裂缝时，它们会比周围的材料更容易穿过石灰块。当水进入裂缝时，就会与石灰发生反应，形成一种溶液，重新硬化成碳酸钙并堵塞裂缝。它还可以与沸石材料反应，进一步加强混凝土本身。因此，研究小组说，这些石灰碎块不是不需要的副产品，而是有其存在的理由。这种自我修复机制可能是古罗马混凝土结构长寿的一个主要因素。为了测试这一假设，研究人员制作了古代和现代混凝土的热混合样本，然后将它们敲碎，并让水长时间流经裂缝。两周后，古代混凝土样本的裂缝已经愈合，阻止了水的流动。另一方面，现代材料则完全没有愈合。研究小组说，这一发现不仅有助于我们了解古代工程的秘密，而且也可以帮助改进现代混凝土配方。为此，研究人员正在采取步骤使这种材料商业化。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338305.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338305.htm

科学家用切碎的PPE制造更坚固的混凝土 强度提高22%

科学家用切碎的PPE制造更坚固的混凝土强度提高22%科学家们在更耐用的混凝土形式方面不断取得进展，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）的工程师们在这项研究的最前沿已经工作了一段时间。他们的最新例子同时解决了正在进行的大流行病所产生的大量废物，展示了一种结合了切碎的个人防护设备（PPE）的混凝土形式，以提高性能。RMIT的研究人员在思考混凝土的新方法时并不害怕发挥创造力，他们从轮胎、龙虾壳和钢渣等各种材料中寻找灵感。去年，他们还展示了如何将一次性口罩加工成更坚固的再生混凝土骨料，用于道路铺设。这一次，该团队扩大了他们的工作范围，包括新冠大流行产生的其他废物。据研究人员称，全球每天平均生产约54000吨个人防护设备，全世界每月约有1290亿个一次性口罩被丢弃。他们的研究可能发现了一种赋予这些材料第二次生命的新方法。在三项研究中，研究小组将粉碎的医用罩衣、橡胶手套和口罩以不同的浓度加入到混凝土中，浓度从0.1到0.25%不等。研究发现，橡胶手套可以将混凝土的抗压强度提高22%，而口罩可以将其提高17%。同时，切碎的罩衣将抗压强度提高了15%，弹性提高了12%，抗弯曲应力提高了21%。李杰教授说：“我们都见过一次性口罩在我们的街道上乱扔，但即使这些废物被妥善处理，最终也都被填埋了。通过循环经济的方法，我们可以使这些废物不被填埋，同时充分利用这些材料的全部价值来创造更好的产品--这是一个全方位的胜利。”该团队的目标是调查将不同PPE项目混合在一起的性能优势，并与卫生和建筑行业合作，努力进行现场试验。该研究的共同负责人RajeevRoychand博士说：“虽然我们的研究还处于早期阶段，但这些有希望的初步发现是朝着开发有效的回收系统，使一次性PPE废物不被填埋的方向迈出的重要一步。”这三项研究发表在《建筑材料案例研究》、《整体环境科学》和《清洁生产杂志》等杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308521.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308521.htm

超材料混凝土为智能、自供电的基础设施奠定了基础

超材料混凝土为智能、自供电的基础设施奠定了基础现在，匹兹堡大学（Pitt）的工程师们旨在通过他们的轻质、多功能、高适应性的智能基础设施产品将其提升到一个未来的水平，该产品可以根据不同的建筑进行定制，甚至可以产生自己的电荷。该研究的通讯作者、皮特大学土木与环境工程系助理教授阿米尔-阿拉维说："现代社会普遍使用混凝土，这种建材是最初由古罗马人创造的。在我们的基础设施项目中大量使用混凝土意味着需要开发新一代的混凝土材料，使其更加经济和环境可持续，同时提供先进的功能。我们相信，通过在建筑材料的开发中引入超材料范式，我们可以实现所有这些目标。"超材料是由导电水泥基体中的增强型辅助聚合物格子组成的。研究人员用石墨粉增强的导电水泥形成了电极，机械触发器可以在各层之间产生接触性电化。它不能产生足够的电力输送到电网，但它有可能被用来监测混凝土结构内部的损害--例如，在发生地震时。在物理上，超材料本身可以进行微调，以适应建设的需要，切换其灵活性、形状和脆性，并在测试中可以压缩到15%，同时保持其结构完整性。阿拉维说："这个项目提出了第一个具有超级压缩性和能量收集能力的复合超材料混凝土。这种轻质和机械可调的混凝土系统可以为混凝土在各种应用中的使用打开一扇大门，如机场的减震工程材料，以帮助减缓失控的飞机或地震基础隔离系统。"该团队包括来自约翰霍普金斯大学、新墨西哥州立大学、佐治亚理工学院、北京纳米能源与纳米系统研究所和皮特大学斯旺森工程学院的工程师，他们相信这种多功能混凝土材料可以成为基础设施中广泛使用的组成部分，因为它"可扩展、具有成本效益，并且可以通过绿色采集能量自我维持其运作。"而在未来的道路上，这种智能工程产品甚至可以为嵌入高速公路的芯片提供能源，以协助自动驾驶汽车。然而，在不久的将来，该研究报告需要进行大规模的测试，并进一步研究如何使能量收集的纳米发电机集成材料与环境压力因素（如湿度、潮湿天气和温度变化）绝缘。该研究发表在《先进材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350783.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350783.htm

科学家开发出一种新型材料 兼顾高强度、轻质与吸震能力

科学家开发出一种新型材料兼顾高强度、轻质与吸震能力材料需要善于消散振动，同时保持足够的刚度以防止在巨大压力下坍塌。UvA物理研究所的一组研究人员现在已经找到了一种设计材料的方法，可以同时做到这两点。通常，材料的两种特性是相互排斥的：某种材料要么坚硬，要么可以很好地吸收振动——但很少两者兼而有之。然而，如果我们能够制造出既坚硬又善于吸收振动的材料，那么就会有很多潜在的应用，从纳米尺度的设计到航空航天工程。阿姆斯特丹大学的一组研究人员现已找到一种方法来制造坚硬但仍能很好吸收振动的材料——同样重要的是，这种材料可以保持非常轻的重量。该出版物的主要作者DavidDykstra解释说：“我们发现诀窍是使用会弯曲的材料，例如薄金属板。当以一种巧妙的方式组合在一起时，由这种弯曲的板材制成的结构会成为很好的振动吸收器——但与此同时，它们还保留了它们所用材料的很多刚度。此外，板材不需要很厚，因此材料可以保持相对轻便。”该材料使用这种金属板的屈曲来组合所有这些所需的特性。研究人员彻底研究了这些弯曲材料的特性，发现它们都显示出刚度和消振能力的神奇组合。由于已知材料不具有这种所需的特性组合，因此新的实验室制造材料（或超材料）具有非常广泛的潜在应用，并且具有非常广泛的规模。这种材料可能的用途范围从米级（航空航天、汽车应用和许多其他民用设计）到微型（显微镜或纳米光刻等应用）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363565.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363565.htm

科学家用100%的轮胎橡胶骨料制造优质混凝土

科学家用100%的轮胎橡胶骨料制造优质混凝土近年来，我们听说过用碎裂的废旧轮胎取代混凝土中的一些骨料的努力。但是现在，科学家们已经成功地生产出了高质量的混凝土，其中所有的骨料都被轮胎颗粒所取代。混凝土由三部分组成：水，将所有东西结合在一起的水泥，以及沙子或砾石等骨料。这种骨料必须从地下开采，实际上现在在世界许多地方都是供不应求。废弃的轮胎在一定程度上可以被回收利用，但最终往往只是在垃圾填埋场或被烧掉。一些团体试图用另一种方法来解决这个问题，即用磨碎的轮胎代替一部分沙子或砾石。由此产生的混凝土往往比普通混凝土更坚硬，因为其中的橡胶颗粒允许它在压力下弯曲而不是破碎。但不幸的是，如果用轮胎颗粒代替了太多的骨料，混凝土就会缺乏抗压强度和分裂抗拉强度。这至少部分是因为水泥不能很好地与橡胶碎片结合，所以它们不能被牢牢地固定在一起。在他们同事的研究基础上，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家们确定，粘合问题是由于轮胎橡胶的多孔性造成的。更确切地说，当混凝土最初被混合时，橡胶中的孔隙充满了水，但一旦水蒸发和混凝土凝固，这些孔隙就会在橡胶/水泥界面上变成空洞。为了解决这个问题，研究人员从所有骨料都是轮胎颗粒的湿混凝土开始，然后在混凝土凝固时将其置于特殊的钢制模具中。这些模具对混凝土施加压力，压缩颗粒和其中的孔隙。结果，一旦混凝土干燥并凝固，水泥就能更好地与"预载"轮胎颗粒结合。与用传统方法生产的100%轮胎骨料混凝土相比，预载混凝土的抗压、抗折和抗拉强度分别提高了97%、59%和20%。科学家们现在正在研究如何加固这种新的混凝土，从而使其更适合于建筑项目的使用。研究报告的共同作者和团队负责人李杰教授说：“由于典型混凝土的主要部分是粗骨料，用废旧轮胎橡胶取代所有这些骨料可以大大减少自然资源的消耗，也可以解决如何处理废旧轮胎这一重大环境挑战。”有关这项研究的论文最近发表在《资源、保护与回收》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1303525.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1303525.htm