美國(guó)專家研究能喊救命的混凝土橋梁

　　1994年，韓國(guó)的一座鋼筋混凝土橋梁在汽車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)突然斷裂，結(jié)果連人帶車(chē)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(dòng)了世界，漢城的幾名政府官員還因此引咎辭職，因?yàn)楣娬J(rèn)為這些官員平時(shí)對(duì)橋梁的安全管理沒(méi)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(méi)有斷裂之前，自己能大呼“哎喲！救命呀！”向人們報(bào)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(dòng)”一點(diǎn)，在出現(xiàn)裂紋后，自己能立即自動(dòng)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(huì)說(shuō)，無(wú)生命的橋梁會(huì)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(shí)，幻想往往是發(fā)明之母，美國(guó)一些橋梁專家還真的在研究能喊“救命”和能自動(dòng)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(jiān)固，但在長(zhǎng)期繁忙的交通、載重車(chē)輛引起的振動(dòng)下，也會(huì)發(fā)生疲勞損壞。為了確保各種橋梁的安全，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的建筑學(xué)家卡羅琳·德賴從90年代初開(kāi)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(kāi)裂時(shí)，空心纖維也會(huì)開(kāi)裂，這時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，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(dòng)式智能材料。美國(guó)的另一些橋梁專家則在研究一種主動(dòng)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(wèn)題時(shí)，能使橋梁自動(dòng)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(shí)，人會(huì)自動(dòng)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(dòng)加固，使橋梁總的強(qiáng)度不會(huì)降低，這一點(diǎn)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(hào)傳感器及微電子芯片和計(jì)算機(jī)，把這些一一埋入橋梁材料中。信號(hào)傳感器可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，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(dòng)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(hào)后，計(jì)算機(jī)就會(huì)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(dòng)加固或使形狀記憶合金發(fā)生相變?cè)黾訕蛄簭?qiáng)度。

　　我國(guó)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(shù)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(cè)材料中的受損部位，然后由計(jì)算機(jī)控制的執(zhí)行系統(tǒng)，對(duì)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(dòng)適應(yīng)原有設(shè)計(jì)的受力條件，恢復(fù)正常，保證安全。