美國專家研究能喊救命的混凝土橋梁
1994年，韓國的一座鋼筋混凝土橋梁在汽車經(jīng)過時突然斷裂，結(jié)果連人帶車墜入滾滾的江流中，造成嚴(yán)重的人員傷亡。這一起慘案轟動了世界，漢城的幾名政府官員還因此引咎辭職，因為公眾認(rèn)為這些官員平時對橋梁的安全管理沒有負(fù)起應(yīng)負(fù)的責(zé)任。但也有人認(rèn)為，如果橋梁在剛剛出現(xiàn)裂紋還沒有斷裂之前，自己能大呼“哎喲！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，在出現(xiàn)裂紋后，自己能立即自動修補(bǔ)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(bǔ)裂紋，豈不是“天方夜譚”，純屬幻想嗎？
其實，幻想往往是發(fā)明之母，美國一些橋梁專家還真的在研究能喊“救命”和能自動修補(bǔ)裂紋的橋梁。在各種建筑物尤其是橋梁中，鋼筋混凝土一向是“唱主角”的材料。它雖然很堅固，但在長期繁忙的交通、載重車輛引起的振動下，也會發(fā)生疲勞損壞。為了確保各種橋梁的安全，美國伊利諾伊大學(xué)的建筑學(xué)家卡羅琳·德賴從90年代初開始研究能“呼救”和自我修補(bǔ)的智能型混凝土。他的思路是：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(bǔ)劑”。當(dāng)混凝土開裂時，空心纖維也會開裂，這時會發(fā)出報警信號，并流出修補(bǔ)裂紋的黏結(jié)劑，把裂紋牢牢粘在一起，防止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)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(dǎo)纖維或微型電子芯片和傳感器，在橋梁出現(xiàn)問題時，能使橋梁自動加固；其中一種方案是模仿人的行為。比如，人的兩條腿，當(dāng)一條腿受傷不能承受更多的壓力時，人會自動把重量的大部分轉(zhuǎn)移到健康的腿上，以避免傷腿進(jìn)一步受損。
橋梁專家認(rèn)為，如果橋梁的某些局部受損，可使橋梁的另一些部分自動加固，使橋梁總的強(qiáng)度不會降低，這一點現(xiàn)在已不存在太大的技術(shù)困難。隨著電腦技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在完全可以制造出極微小的信號傳感器及微電子芯片和計算機(jī)，把這些一一埋入橋梁材料中。信號傳感器可及時發(fā)出報警信號，而橋梁材料則用各種功能材料構(gòu)成。例如用形狀記憶材料或在電壓作用下能夠從液體轉(zhuǎn)變成固體而自動加固的壓電材料。埋在橋梁混凝土中的傳感器得到某部分出現(xiàn)裂紋的信號后，計算機(jī)就會發(fā)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(fā)生相變增加橋梁強(qiáng)度。
我國的材料科學(xué)家也在研究用形狀記憶合金制造的可自行診斷的材料。方法是在玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中埋入鎳鈦形狀記憶合金絲及光纖和電阻應(yīng)變絲傳感器陣列，它們可以檢測材料中的受損部位，然后由計算機(jī)控制的執(zhí)行系統(tǒng)，對相應(yīng)的受損位置的形狀記憶合金進(jìn)行加熱，激發(fā)它產(chǎn)生相變，使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)自動適應(yīng)原有設(shè)計的受力條件，恢復(fù)正常，保證安全。
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