新型水泥自我修复裂缝 存储热能


  每日科学3月2日报道,水泥(及其衍生物)这种材料最常见用于建筑,这是由于它性能好,成本低。近年来,有一部分科技研究的目的就是把附加功能融入这些材料。具体来说,伊杜尔·卡尔扎考塔(Idurre Kaltzakorta)博士研究的,就是可能给水泥添加一些性能,比如自我修复裂缝以及储存潜热能量。

  她的博士论文是在泰科纳莉亚建筑机构(Tecnalia's Construction Unit)做的,在巴斯克地区大学(University of the Basque Country :UPV / EHU)做了介绍,题为:合成硅微胶囊封装不同有机化合物添加于水泥浆(Synthesis of silica microcapsules encapsulating different organic compounds for addition in the cement paste)。

  从题目看,卡尔扎考塔博士的研究表明,她创造的硅(比如说,这也就是玻璃的基础)微胶囊带有有机材料在内,这个想法是提供给水泥一些新的功能。她选择了两种类型的有机材料,每种都对应于上述两个附加功能之一。因此,一方面,微胶囊内充满了各种环氧树脂(epoxy resins),这种树脂用于制备粘合剂,可以赋予水泥一种性能,就是我修复裂缝。另一方面,相变材料(phase change materials)也被封装。这些材料可以吸收或释放大量的热量,因为相在材料中不断变化(从固体到液体,或液体到气体,反之亦然),就可以储存潜在热能于水泥材料中。

  溶胶凝胶(Sol-gel)和乳液(emulsion)

  卡尔扎考塔女士研究了合成封装材料,可选择合成微胶囊,只是需要结合溶胶凝胶化学与乳化技术。这条途径可以封装有机材料,难以通过其他途径,因为是采用温和的温度和压力条件。

  一旦获得了微胶囊,本文就分析,从效果看这些添加剂如何影响水泥浆(cement matrix),为的是验证该技术的可行性。考虑到这一点,卡尔扎考塔女士就使用了很多技术,这样,从特性上,这些新的水泥材料就可以被研究,这些技术比如X射线断层摄影术(X-ray tomography),扫描电子显微镜(scanning electron microscopy),力学测试和差示扫描量热法(differential scanning calorimetry)。

  总之,这篇论文表明,可行的是开发出新一代的水泥,这种水泥可以自我修复裂缝,储存潜热能量,原因是应用了硅微胶囊和各种有机材料。事实上,研究开发的这种新水泥,它的性能是可以自行密封裂缝,这已经形成了一项专利。此外,据卡尔扎考塔女士说,这个建议出现在这篇论文中,就是承诺可持续发展。一方面,这种水泥材料自我修复,就增加了建筑结构的使用寿命。另一方面,使用一种材料可以调节建筑物内的温度,这将提高它的能源效率。