痊愈吧，混凝土

文│楊志

混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料。為了防止出現(xiàn)裂縫，通常的做法是，通過增加鋼筋加以強(qiáng)化，以延長混凝土的使用年限。強(qiáng)化過程中仍會出現(xiàn)部分“微裂縫”，這并不會直接導(dǎo)致強(qiáng)度損失，混凝土工業(yè)中使用的規(guī)范也允許有寬度約0.2mm的斷裂。但隨著時間的推移，水與侵蝕性化學(xué)物一起進(jìn)入這些裂縫，同樣會腐蝕混凝土。

這些進(jìn)水的小縫隙或小孔能導(dǎo)致整個建筑崩塌。因此混凝土需要經(jīng)常修復(fù)，要有施工隊伍把新近形成的小孔填上，但這種工作既無聊又費錢。如果混凝土能自動修復(fù)這種損耗就好了。這正是韓國延世大學(xué)的Chan-Moon Chung博士，在其《應(yīng)用材料與介質(zhì)》報告中提出的想法，他希望能將這種想法付諸實踐。

Chung博士采取的是化學(xué)手段。他和實驗室里的同事通過研究發(fā)現(xiàn)，把兩種名為“抗甲基丙烯酰聚二甲基硅氧烷”和“苯偶姻異丁基醚”的物質(zhì)混合起來，然后置于陽光下，他們就會變成一種很容易與混凝土結(jié)合的防水聚合物。但真正的挑戰(zhàn)在于如何把這種化學(xué)物妥善儲存起來，只在有需要的時候釋放出來。研究團(tuán)隊想出的辦法是，把這種“療傷圣藥”放進(jìn)由尿素和甲醛制成的小膠囊里。這些小膠囊可以將內(nèi)部的化學(xué)混合物妥善保存并使其免遭陽光直射；而附近的混凝土產(chǎn)生裂縫時又足已把它們壓破，從而把內(nèi)部的化學(xué)物釋放出來。

為了把這些膠囊投入使用，Chung博士把它們混入一種液態(tài)聚合物中，再把液態(tài)聚合物噴灑在幾個相同的混凝土塊表面，每個混凝土塊的重量都是2/3千克。在這層薄膜凝固之后，他通過施壓把混凝土塊逐個壓裂，然后在陽光下放置了4個小時。

如他所愿，混凝土塊內(nèi)部的裂縫把壓力傳遞到了含有小膠囊的聚合物涂層中，涂層中的一些膠囊也被壓破，里面的化合物被釋放了出來。經(jīng)過陽光照射，它們最終形成了防水層 。 Chung博士通過把這些混凝土塊放入水中浸泡證實了這一點。浸泡24小時之后他把混凝土塊拿出來承重，以確定有多少水分被吸收了進(jìn)去。平均來看，未經(jīng)處理的混凝土塊吸收了11.3克的水分；涂層中沒有小膠囊的混凝土塊吸收了3.9克水分；而涂層中含有小膠囊的混凝土塊只吸入了0.4克水分。不出Chung博士所料，這些混凝土塊“滿血復(fù)活”了。

Chung博士的實驗于年初成功，已有大批混凝土企業(yè)欲與其合作。預(yù)計最晚2014年便開始投產(chǎn)。

利用生物手段設(shè)計自愈型混凝土一度也是研究方向之一，但業(yè)界普遍認(rèn)為生物手段對自愈型混凝土的幫助可以說微乎其微。從2009年開始研究停滯不前。但最近也取得了突破，荷蘭的代爾夫特理工大學(xué)的微生物學(xué)家亨克·楊克斯和混凝土技術(shù)專家埃里克·施蘭根，宣布已經(jīng)完成了這一實驗內(nèi)的測試。他們將混凝土愈合所需的細(xì)菌孢子和營養(yǎng)物質(zhì)作為顆粒添加到混凝土配合料中。然而，水又成了微生物生長需要所缺少的成分。

孢子本身處于休眠狀態(tài)，直到雨水進(jìn)入裂縫并激活它們，可生產(chǎn)石灰石細(xì)菌對混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。這種無害的細(xì)菌屬于桿菌細(xì)菌，納入愈合劑的細(xì)菌還有乳酸鈣，一種牛奶成分。顆粒中所用的微生物能夠承受混凝土的高堿性環(huán)境。

“在實驗室中，我們已經(jīng)能夠完成寬度為0.5mm裂縫的愈合過程，比規(guī)范允許范圍高2～3倍。”楊克斯博士介紹說。目前所面臨的主要挑戰(zhàn)是要確保愈合劑足夠強(qiáng)大，不至于在混合過程中損壞。但是，為了做到這一點，楊克斯博士說，“我們必須要為顆粒加涂層，這是非常昂貴的”。該小組目前正在試圖降低這一點對整個過程增加的成本，預(yù)計在大約6個月內(nèi)進(jìn)一步完善的系統(tǒng)即可就位，之后將開始室外測試。

目前，該團(tuán)隊已經(jīng)跟幾個可提供幫助的建筑公司商談過。計劃對混凝土進(jìn)行最少兩年的監(jiān)測，看看它在這種現(xiàn)實工作環(huán)境下的表現(xiàn)如何，在此之后再考慮商業(yè)化生產(chǎn)。

在成本方面，在業(yè)內(nèi)一個普遍的看法是，即使自愈型混凝土比傳統(tǒng)混凝土成本增加50%，建筑總建筑成本的增加不會超過2%。這還不考慮到傳統(tǒng)混凝土后期的維護(hù)費用和使用壽命。所以，自愈型混凝土一旦問世，可以被視為是換代產(chǎn)品。