「工艺·前沿」发光、自修复、外太空材料…混凝土还能这么玩?

阿里云教程14小时前发布
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「工艺·前沿」发光、自修复、外太空材料…混凝土还能这么玩?

混凝土是世界上使用量最大的人工土木建筑材料。自1867年法国工程师艾纳比克将混凝土应用于房屋建筑上之后,混凝土就踏上了不断改良的“不归路”。时至今日,混凝土不仅变得强度极高,并且还演化出许多让人意想不到的功能。

今天就带你看看5款神奇的混凝土,颠覆你对混凝土的印象!分享内容主要包括:

1.发光混凝土;

2.透光混凝土;

3.自修复混凝土;

4.火星混凝土;

5.有色混凝土。

01.发光混凝土

「工艺·前沿」发光、自修复、外太空材料…混凝土还能这么玩?

1定义

简单来说,发光混凝土就是在普通混凝土中加入一种“会发光”材料,它的特点是只要在光源的激发下,就可以发出可见光。而且,这种材料还能够将光能储存起来,保证在没有光源的激发下,也可以散发出源源不断的可见光。

2优缺点

优点:

1)节省能源:发光混凝土一旦正式投入生产,将会进一步减少化石能源的消耗;

2)美观:只要在普通马路的表面铺设一层发光水泥,就可以让我们的城市更加秀丽;

3)安全:在危险路面使用发光混凝土能降低事故发生的概率;

4)使用寿命长:添加特殊的发光材料,不仅可以使混凝土发光,还能增强混凝土的强度,延长混凝土的使用寿命。

缺点:

1)发光混凝土目前并不普及,实际应用还比较少;

2)发光混凝土发出的光强度有限,视物不是特别清晰;

3)仍有传统混凝土的部分缺点。

3效果展示

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02.透光混凝土

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1定义

透光混凝土是以水泥为原材料,融入不同的导光材料,如导光纤维、树脂材料,最终形成了现代工艺的透光水泥。大型的透光混凝土构件需要高强度、高耐久性的特性,根据这种特性,大型透光混凝土构件需要增加钢筋、石子等原料,以增加混凝土的强度。

透光混凝土并不完全是“透明的”,它是混凝土、纤维和光相互作用的结果。透光混凝土依靠光纤通过光传输,同时又保持了较高的密度。其原理是将特殊的玻璃纤维加工到混凝土中,通过人造光或自然光照射在其表面,从一端传到另一端,进而使其具有透光性能。

2优缺点

优点:

1)多功能:透光混凝土可制成景观建筑产品、装饰面板、装饰块和曲面波浪。例如:制造透明的混凝土墙以收集外界的光线可以让人们在火灾等紧急情况下找到安全的出口;

2)美化视觉效果:由透明混凝土制成的混凝土墙就像屏幕或扫描仪,这种特殊效果能让人觉得混凝土的厚度和重量消失了。它还可以制成不同的质地和颜色,以求在光线下达到美化视觉的艺术效果;

3)节能:可收集自然光或室外光,节省大量人造光能。

缺点:

1)生产过程比较复杂。“预浇法”:要求新拌混凝土具有较高的自密实能力,并且在浇注过程中不渗出或产生偏析。成型后混凝土的质量应均匀,并控制好混凝土的PH值。“后浇法”:第一浇筑的混凝土与后来的纤维棒之间的粘结性差,容易脱落,并且混凝土的机械性能和耐久性容易受到影响;

2)对于树脂基透明混凝土,添加导光树脂材料不仅会增加成本,而且易于老化,耐久性差。

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03.自修复混凝土

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1定义

自修复混凝土又称“智能混凝土”,是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生、恢复机理,采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法,对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能,恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料。

列如由来自荷兰的微生物学家亨德里克.琼克斯(Hendrik Jonkers)发明的Bio-concerte。他受到人体钙化形成骨细胞的启发,经过三年多的专项研究,终于发现了一种杆菌细菌。这种细菌可以在石灰石里生存,并能产生孢子,但需要加入糖给它提供养料。当把它涂抹在裂缝里,有水渗透到里面的时候,细菌就会生产出石灰石,裂缝就会自动修复完好。

2优缺点

自修复混凝土虽然尚且在实验过程中,但是已经初见雏形,它的优点有:

1) 可以提高混凝土的使用寿命,必定程度上节约了制造成本;

2) 自修复混凝土的可模性优于普通的混凝土,而且耐火性能十分出众;

3) 自修复混凝土可以很好的适应环境,即使出现了重大的自然灾害,也不会破坏自愈混凝土的整体结构,可以用于地震、暴风和爆炸等极端环境;

4) 自修复混凝土可以就地取材,生产起来十分方便。

自修复混凝土虽然有着不少的优点,但是就目前来说,它也有必定的缺点

1) 自修复混凝土的自重比较大,一些大跨结构的建筑不宜使用自修复混凝土建造;

2) 自修复混凝土的抗裂性能比较差,虽然自修复混凝土可以进行自愈,不影响建筑的承载力,但是如果将其使用在管道中的话,自修复混凝土就有必定的不足;

3) 自修复混凝土施工完成后,需要定期进行养护,并不能做到一劳永逸。

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04.火星混凝土

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1定义

人们对把人类送上火星表现出越来越大的兴趣。但是,一旦我们到达这个红色星球后,我们就需要建造供我们生活和工作的高品质建筑。因此必须尽快找到一种利用火星资源建造建筑的方法。

美国西北大学研究小组表明,火星建筑的主要材料将是硫。基本思路是把硫加热至约240℃,使之成为液态,再将其与火星土壤混合形成聚合物,然后将聚合物冷却。硫凝固后,使得聚合物变紧实,从而得到混凝土,这就是火星混凝土。

2优缺点

优点:

1)火星混凝土的强度很高,抗压强度超过50兆帕,特别是固化时被压缩可减少空隙形成。该强度部分得益于硫与火星土壤相互作用形成的化学键。相比较而言,地球上的建筑标准要求混凝土的抗压强度为约20兆帕;

2)火星混凝土可以通过加热使硫熔化来回收,因此它可以被重复使用。与从地球携带材料相比,制造火星混凝土可以更快、更容易,且成本较低;

3)火星混凝土的制作过程中完全不需要水的参与。

缺点:

1)硫基混凝土有必定问题。一开始,硫冷却时,它固化形成单斜硫,然后转化为正交硫。正交硫在较低温度下是稳定的同素异形体。但是,在此过程中硫也将缩减,并且这种缩减会造成空洞,严重破坏材料;

2)硫在真空中会升华(固体直接转化为气体)。因此,火星上的任何硫基混凝土会很快消失变成醚。

05.有色混凝土

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1定义

有色混凝土是在搅拌阶段加入颜料进行搅拌制作而成,这种颜料一般是从氧化铁或染料中提取的。传统混凝土大多是灰色,有色混凝土则有黄色、棕色、红色、绿色、蓝色等多种颜色。有色混凝土的颜色不受磨损影响,暴露在强光和高温下也不会褪色,适用于地板、外墙和其他的装饰应用。

2优缺点

顾名思义,有色混凝土最大的特点就是有着多种多样的颜色,除此之外它还具备以下优点

1)有色混凝土使用最多的颜料是无机氧化铁,这种颜料可以为结构提供持久的视觉增强效果,甚至可以有效地使其与周围环境融为一体,同时又不会影响混凝土的流动性能;

2)有色混凝土的着色层不会由于磨损和风化而从表面剥落,即使表面略有损坏,颜色仍会鲜艳如初;

3)氧化铁颜料是超高性能混凝土着色的理想选择,这种混凝土的预期使用寿命超过150年,耐用性约为传统混凝土的两倍。

与传统混凝土类似,有色混凝土同样具有传统混凝土的一些缺点

1)自重太大:1m³混凝土重约2400kg,结构物自重较大,这会导致地基处理费用增加;

2)易产生裂缝:混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10~1/20,易开裂;

3)养护周期长:混凝土养护周期长普遍较长;

4)寒冷地区工期长:寒冷地区混凝土凝固时间更长,工期也会因此更长;

5)收缩变形大:水泥水化凝结硬化引起的自身收缩和干燥收缩达500×10-6m/m以上,易产生混凝土收缩裂缝。

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小结

混凝土是目前世界上使用量最大的建筑材料,每年制造混凝土会产生大量的二氧化碳,加剧了温室效应。新型混凝土的出现不仅代表着我们科技的进步,更能说明人类开始越来重点关注环境的保护了。

好了,今天的内容就到这里了,小伙伴们有没有什么问题呢?欢迎留言告知小编,小编为你解答!最后还是用一张思维导图总结一下今天的重点:

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