圖片來源：Pixabay

在日常生活中，溫度變化會使水結(jié)冰膨脹，然后再化凍收縮。由于混凝土的多孔結(jié)構(gòu)能夠吸收液體，在經(jīng)歷這些變化后，它的表面會起皮、脫落?，F(xiàn)在，研究人員找到了一種能預(yù)防混凝土表面受損的新方法。

“過去，在預(yù)防凍結(jié)-解凍過程給混凝土帶來的破壞時，我們主要使用一種20世紀(jì)30年代開發(fā)的技術(shù)：往混凝土中注入細(xì)小的氣泡，”科羅拉多大學(xué)博爾德分校的材料科學(xué)家和建筑工程師維爾?斯魯巴（Wil Srubar）說。這些可變形的氣泡在吸收一部分壓力的同時，也會降低混凝土的強(qiáng)度，這又會使混凝土吸收更多水分。另外，這些氣泡在混凝土中的分布也需要精心調(diào)控。

斯魯巴所在的實驗室將目光轉(zhuǎn)向大自然，特別是那些能讓魚類和細(xì)菌忍受嚴(yán)寒的“抗凍”蛋白質(zhì)。在細(xì)胞中，這些蛋白質(zhì)分子能夠依附在冰晶表面，阻止它們長得太大。但是，這些蛋白質(zhì)無法在強(qiáng)堿性的水泥漿（混凝土的一種關(guān)鍵成分）中起作用。因此，研究人員嘗試使用一種具有相似功能但更耐堿的物質(zhì)。這種物質(zhì)是聚乙烯醇-聚乙二醇共聚物（PEG-PVA），目前常被用于緩釋藥物。

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為了測試PEG-PVA的性能，該研究團(tuán)隊混合了3組混凝土。一組作為對照組，一組加入了氣泡，最后一組添加了PEG-PVA。經(jīng)過300輪凍結(jié)-解凍后，對照組混凝土的質(zhì)量急劇下降，而其他兩組則保持住了原有形狀。相關(guān)研究發(fā)表于今年5月的《細(xì)胞報告·物理科學(xué)》（Cell Reports Physical Science）。

英國諾森比亞大學(xué)的土木工程師維基·埃德蒙森（Vikki Edmondson，并未參與這項研究）認(rèn)為，這項研究十分重要，但需要接受實驗室之外的檢驗，“比如當(dāng)我們討論一座橋梁的設(shè)計壽命時，這種方法能起到多大的保護(hù)作用？” 埃德蒙森對這種添加劑的實際作用感到好奇，因為在現(xiàn)實中混凝土不僅要承受震動，還要經(jīng)受得住污染物的影響。

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“任何讓水泥更堅固的方法都是進(jìn)步，”法國國家科學(xué)研究中心研究處處長羅蘭·佩朗（Roland Pellenq，并未參與這項研究）說。由于凍結(jié)-解凍過程對建筑物危害巨大，其他研究人員也在尋找相關(guān)的解決方案。佩朗表示，自己的研究團(tuán)隊已經(jīng)在試驗一種防水的黑碳添加物了。

斯魯巴已經(jīng)申請了一項臨時專利，希望在5年內(nèi)將PEG-PVA方案推向市場。同時，他也在繼續(xù)搜尋能模仿防凍蛋白功能的分子?！拔覍嶒炇依锏拿總€人都相信大自然早就解決了我們的所有問題，”斯魯巴說，“我們只需要去發(fā)現(xiàn)它們。”

撰文：索菲·布什維克（Sophie Bushwick）

翻譯：龔聰

文章來源：環(huán)球科學(xué)


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