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受人类骨骼启发——空心混凝土抗损度提高5.6倍

受人类骨骼启发——空心混凝土抗损度提高5.6倍 科技牛咨讯
2024-09-27
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这种结构可防止裂纹扩展，并使材料更坚韧。图片来源：美国大众科学网
　　科技日报讯 （记者张佳欣）受人类骨骼坚硬外层结构的启发，美国普林斯顿大学工程师开发出一种新型混凝土，能抵抗开裂和突发性破坏，抗损伤能力比普通混凝土高出5.6倍。相关论文发表于新一期《先进材料》杂志。
　　在开发这种新型混凝土时，研究人员从人类密质骨中获得了灵感。这种人类股骨的致密外壳，由被称为骨单位的椭圆形管状结构组成。其形状和排列方式能在这些骨单位周围分散裂纹，防止它们在受到冲击时断裂。
　　为了浇筑这种仿生混凝土，研究人员用聚乙烯醇3D打印了一个管状模板模具。然后，他们将橡胶倒入模具中制作出该模板的底片。最后，他们将橡胶溶解以形成聚氨酯硅模具，并用它来浇筑混凝土。
　　凭借巧妙的仿生设计，新型混凝土的空心管可“捕捉”裂纹并阻止其进一步扩展。这与通过向混凝土中添加纤维、塑料等材料来增强其强度的方法截然不同。新方法能够控制每个裂纹的扩展使得材料不会一次性全部断裂，并能承受渐进性损伤，使材料变得更加坚固。
　　研究人员进行了三点弯曲测试和单边缺口弯曲测试。他们使用2毫米厚的金刚石锯片和剃刀在混凝土上切出缺口，并多次重复该过程，以收集有关材料断裂韧性的数据。结果表明，新型混凝土抗损伤能力比普通混凝土高出5倍以上。这不仅意味着建筑物更加安全，还可减少混凝土生产，对环境保护大有裨益。

转载自2024年9月27日《科技日报》08版国际


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