科學家開發出能在24小時內修復自身裂縫的混凝土

據外媒報道,混凝土有着大量的碳足跡,因此提高其性能並使其更持久的技術可能對環境有深遠的好處。為此,這帶來了自我修復混凝土的發展,據悉這種混凝土可以修復自身的裂縫現在,科學家們展示了這種材料的一種令人興奮的新形式,其利用的是人類血液中的一種酶。

科學家開發出能在24小時內修復自身裂縫的混凝土

混凝土中形成的微小裂縫可能不會立即對建築結構的完整性構成問題,但隨着水的滲入、裂縫的擴散就會極大地損害建築的強度。自修復混凝土的理念是在裂縫還很小的時候就介入這一過程,它可以將材料密封起來,這樣做不僅可以防止災難性的倒塌還可以防止昂貴的維護或結構的完全更換。

多年來,這一研究領域已經出現了各種潛在的解決方案。我們已經看到了自己包裝水玻璃癒合劑的版本,一種以細菌生產特殊膠水來粘合這些裂縫為特徵,另一種則用真菌來填補裂縫。儘管前景看好,但伍斯特理工學院的科學家們想出了一種他們認為更便宜甚至更有效的解決方案。

該團隊從人體中尋找靈感,更具體地說,是由於紅細胞中一種叫做碳酸酐酶(CA)的酶能迅速將細胞內的二氧化碳轉移到血液中。

研究作者Nima Rahbar表示:“我們從自然界中尋找觸發二氧化碳轉移最快的因素,那就是CA酶。”“由於我們體內的酶反應速度驚人,它們可以作為一種修復和加固混凝土結構的有效機制。”

為此,該團隊將CA酶添加到混凝土粉中然後再混合和澆鑄。當混凝土中形成一個小裂縫時,這種酶能跟空氣中的二氧化碳相互作用產生碳酸鈣晶體,碳酸鈣晶體模仿混凝土的特性並迅速填滿裂縫。

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通過測試,科學家們證明了他們的摻雜混凝土可以在24小時內修復其毫米級的裂縫。該團隊表示,這是對之前使用細菌進行自我癒合的技術的一個顯著改進,後者顯然更加昂貴,甚至需要長達一個月的時間來癒合更小的裂縫。

雖然從長遠來看,混凝土吸收的二氧化碳量可能微不足道,但這種材料真正的環境潛力在於其潛在的壽命。Rahbar預測,這種自愈技術可以將結構的壽命從20年延長到80年,這減少了生產替代混凝土的需要,而這是一個眾所周知的碳密集型過程。

Rahbar說道:“修復傳統混凝土同樣也非常有益,這將有助於減少生產和運輸額外混凝土的需要,這對環境有着巨大的影響。”