制作防水混凝土

水是混凝土的最终敌人。虽然混凝土经受着汽车和卡车的不断打击,但是水会破裂下来,汇集在表面上,渗入最小的裂缝。添加冻融周期,难怪道路需要频繁修理。
为了保持自然之母,研究员Konstantin Sobolev创造了一个防水混凝土。当他将水倒在它上面时,液体珠在接触时形成几乎完美的球体,从硬表面冲出。
除了这种防水品种,UWM土木工程教授还制造了其他高性能混凝土复合材料。与普通混凝土不同,Sobolev的复合材料设计用于弯曲,使其最终变得更强,甚至可以防止空气污染。
最重要的是,他的材料是为了持久而设计的。他的一些创作具有如此高的“裂缝控制”,使他们的使用寿命在120年左右。
这比威斯康星州40年或50年的道路的平均寿命大幅改善。增强桥面板的差异也在于,考虑到10%的桥面必须在30年后更换。
索博列夫的主要武器是“超疏水工程水泥复合材料”,这可能听起来很复杂,但是有两个方法来防止水分的简单目标。

Konstantin Sobolev教授和博士后研究员Marina Kozhukhova展示了高性能混凝土。信用:UWM视频/克里斯·贝勒
Sobolev在工程与应用科学学院的实验室中制作了这种复合材料。当路面变硬时,纳米添加剂会在分子水平上改变混凝土,导致微观表面处于微观层面。这导致水珠起球和滚落,就像液滴在覆盖一些植物的叶子的微小毛发上一样。
在另一种防水方法中,包含空气和硅氧烷油的数百万个微小气泡混合在整个材料中。当发生裂纹时,气泡破裂,释放油并保持水不会使混凝土饱和。
两种方法都不会完全防水混凝土。但是,Sobolev将其与纤维增强策略相结合,消除了大裂缝的来源,并解决了高强度混凝土中固有的脆性。
将超强的聚乙烯醇纤维或高密度聚乙烯纤维(每个人的头发的宽度)混合到混凝土中并与其结合。当裂缝开始时,纤维阻止它们打开并变大。

事实上,Sobolev并不是想消除破裂。他希望以优先的方式引导该过程,导致均匀分布的微裂纹。这样分散负载,使得细小的裂缝保持较小,同时材料的超疏水特征形成水屏障。
制作防水混凝土
信用:威斯康星大学密尔沃基分校
Sobolev表示,这种结构允许材料承受传统混凝土压缩的四倍,并具有200倍的延展性,或在应力下的灵活性。
“这些是复杂的材料,使它们不像添加混合物一样简单,”具体工程教授的儿子Sobolev说。“添加纤维只有一点改进。
“我们必须做的是化学改变材料的行为,使得扩展变形实际上提高了力量。”
自从2014年的故事出现在网络技术杂志“Gizmodo”以来,Sobolev的防水复合材料引起了广泛关注。但他也在开发一种透明的混凝土,允许水直接通过它并浸入下面的地面。这是一个防冰策略,在绿色基础设施方面也具有很大的潜力。
城市地区对于雨水管理的绿色解决方案越来越感兴趣,同时又取代了老龄化的基础设施。Spanrete设备部门的产品和业务开发工程师Nicholas Passint表示,这是商机。位于威斯康星州Waukesha的该公司为建筑物和高速公路提供预制混凝土。


制作防水混凝土
信用:威斯康星大学密尔沃基分校
Spancrete一直在独立研究和开发提高渗透路面耐久性的产品。需要更耐用的透水混凝土来控制停车场和人行道的径流,这有助于洪水,并将污染物运送到湖泊和河流。
现在,Sobolev已经提出增强Spancrete透明混凝土的想法,使其更加绿色。“停车场是透水混凝土的完美用途,”他说。那么,那混凝土复合材料还能帮助控制车辆造成的空气污染呢?“
他正在制造一种添加到混凝土混合物中的二氧化钛基催化剂。当阳光照射硬化路面时,它会激活催化剂,然后从混凝土附近的车辆尾气中分解有机污染物。
制作防水混凝土
信用:威斯康星大学密尔沃基分校
Passint表示,该材料仍处于测试和商业化阶段,但它具有潜力。“它可以用于传统的具体应用程序,以相同的方式行事,”他说。
这正是Sobolev正在进行的多功能性。
“当我想到新的具体,”他说,“我的重点是独特的性能和高性能,但我也喜欢看到协同效应。
制作防水混凝土

更多故事
阿斯顿马丁和陶氏继续合作