211service.com
Självläkande betong använder solljus för att fixa sina egna sprickor
Även de minsta sprickorna på betongkonstruktionens ytor kan leda till stora problem om de inte omedelbart repareras. Nu har forskare visat en solljusinducerad, självläkande skyddande beläggning utformad för att fixera sprickor på ytan av betongkonstruktioner innan de växer till större som äventyrar strukturell integritet.
Skadekontroll: Betongkonstruktioner skulle en dag kunna fixa sina egna ytsprickor.
Mer motståndskraftiga betongkonstruktioner som broar och broar kan spara regeringar miljarder dollar i årliga kostnader för reparationer och underhåll. Under de senaste åren har ett växande forskningsfält fokuserat på att utveckla självläkande mekanismer för en rad material, inklusive betong. Flera tillvägagångssätt för självläkande betong har dykt upp, inklusive försök att konstruera självläkande mekanismer i betongen själv. Men författarna till en ny tidning publicerad i ACS tillämpade material och gränssnitt säg att deras demonstrerade teknik representerar det första exemplet på en självläkande skyddande beläggning för betong.
Tidigare tillvägagångssätt för självläkande betongsystem har mest fokuserat på att återställa styrka till skadad betong, säger Chan-Moon Chung , en professor i polymerkemi vid Yonsei University i Sydkorea som ledde forskningen. Hans grupp valde att fokusera på att skydda ytan, där små sprickor kan låta vatten, kloridjoner från avisningssalt eller havsvatten och koldioxid tränga in i strukturen, vilket kan leda till skadlig försämring.
Den nya beläggningen innehåller polymermikrokapslar, fyllda med en lösning som, när den utsätts för ljus, förvandlas till en vattenbeständig fast substans. Tanken är att skador på en belagd betongyta skulle få kapslarna att bryta upp och släppa lösningen, som sedan skulle fylla sprickan och stelna i solljus.
Forskare har utvecklat en rad mikrokapselbaserade, självläkande system under senare år. I allmänhet består de av ett läkande medel, ofta en polymer parad med en katalysator. Systemen är utformade så att skador leder till att läkmedlet, ursprungligen i lösning, kommer i kontakt med katalysatorn, vilket gör att läkmedlet stelnar. Men det finns begränsningar för detta system, säger Chung, såsom tillgängligheten och kostnaden för katalysatorn. Eftersom solljus inducerar nyckelreaktionen i hans grupps nya beläggning, har det fördelen att det är katalysatorfritt och potentiellt billigt, säger han. Chung säger att polymeren som hans grupp valde som ett läkande medel är attraktiv eftersom den inte fryser ens i mycket låga temperaturer och anses vara miljövänlig.
För att demonstrera effektiviteten av beläggningen sprayade forskarna den på ytan av betongprover och använde rakblad för att applicera små sprickor. Svepelektronmikroskopi bekräftade att rakbladet fick mikrokapslarna att släppa sitt innehåll, vilket fyllde det skadade området. Efter att forskarna exponerat prover för solljus i flera timmar, visade ytterligare mikroskopi läkning, medan skadade områden i kontrollproverna förblev ofyllade. Slutligen bekräftade forskarna att prover med den nya beläggningen var mycket mindre känsliga för vatten- och kloridjonpenetrering än kontroller.
Chung säger att hans grupps nästa uppgift är att bestämma den optimala sammansättningen av beläggningen och visa att den förblir stabil under en längre tid. Han säger att gruppen hittills har visat att beläggningen kan förbli stabil i ett år.