Core Technology: The "Crack Diagnosis and Treatment" Mechanism of Microbial Capsules
Η καρδιά αυτού του έξυπνου υλικού βρίσκεται στο "προ{0}}ενσωματωμένο βιολογικό σύστημα επισκευής." Οι τεχνικές ομάδες ενθυλακώνουν ειδικά εγκλιματισμένα θρεπτικά συστατικά Bacillus subtilis και γαλακτικό ασβέστιο σε βιοαποικοδομήσιμες κάψουλες αλγινικού νατρίου (διάμετρος 2-3 mm) και στη συνέχεια τα αναμιγνύουν σε σκυρόδεμα με 20-50 mmλιθόστρωτοαδρανή σε αναλογία όγκου 3%. Τα λιθόστρωτα, ως φυσικά αδρανή υψηλής- αντοχής (θλιπτική αντοχή μεγαλύτερη ή ίση με 120 MPa), παρέχουν τη βασική μηχανική υποστήριξη του σκυροδέματος. Οι μικροβιακές κάψουλες, όπως οι "αδρανείς στρατιώτες επισκευής", κατανέμονται ομοιόμορφα στα κενά των συσσωματωμάτων.
Όταν το σκυρόδεμα αναπτύσσει ρωγμές (πλάτος μικρότερο ή ίσο με 0,5 mm) λόγω μεταβολών φορτίου ή θερμοκρασίας, το νερό της βροχής ή το νερό συντήρησης εισχωρεί στις ρωγμές και προκαλεί την υποβάθμιση της κάψουλας, απελευθερώνοντας Bacillus subtilis και γαλακτικό ασβέστιο. Με υγρασία και οξυγόνο, τα βακτήρια αναπαράγονται γρήγορα και μεταβολίζονται για να παράγουν ανθρακικό ασβέστιο (ασβεστίτης), σχηματίζοντας ένα κρυσταλλικό στρώμα πλήρωσης στη ρωγμή εντός 3-7 ημερών. Αυτό το βιομεταλλωμένο προϊόν, με αντοχή σε θλίψη 35 MPa, ταιριάζει με την αντοχή του μητρικού σκυροδέματος, επιτυγχάνοντας «αυτόνομο κλείσιμο ρωγμών». Τα εργαστηριακά δεδομένα δείχνουν ότι το σύστημα επιτυγχάνει ποσοστό επισκευής 100% για μικρορωγμές (πλάτος 0,1-0,3 mm) και πάνω από 90% για ρωγμές 0,3-0,5 mm.
Μηχανική επικύρωση: Qingdao Cross-Sea Bridge's "Self-Healing" Practice
Το έργο συντήρησης του Qingdao Jiaozhou Bay Cross-Sea Bridge σηματοδότησε την πρώτη μεγάλης κλίμακας-εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας. Αυτό το έργο μήκους 36,48 χιλιομέτρων, με παραδοσιακά τμήματα από σκυρόδεμα, ανέπτυξε 237 ορατές ρωγμές μετά από 10 χρόνια λειτουργίας λόγω της διάβρωσης του θαλασσινού νερού και των φορτίων των οχημάτων, που απαιτούν πάνω από 20 εκατομμύρια γιουάν ετησίως για χειροκίνητες επισκευές. Το 2022, τα τμήματα της γέφυρας προσέγγισής του ανακαινίστηκαν χρησιμοποιώντας αυτοθεραπευόμενο πλακόστρωτο σκυρόδεμα, καλύπτοντας 12.000㎡.
Τα δεδομένα παρακολούθησης μετά την{0}}ανακαίνιση δείχνουν: μετά από 2 χρόνια δοκιμής παλίρροιας και θερμοκρασίας, το ανακαινισμένο τμήμα ανέπτυξε μόνο 19 νέες ρωγμές, 17 από τις οποίες (89%) αυτοθεραπεύτηκαν μέσα σε ένα μήνα, επιτυγχάνοντας συνολικό ποσοστό επισκευής ρωγμών 92%. Οι δοκιμές δομικής φέρουσας ικανότητας έδειξαν ότι ο συντελεστής ελαστικότητας του επισκευασμένου σκυροδέματος ανακτήθηκε στο 95% της αρχικής του κατάστασης, υπερβαίνοντας κατά πολύ το ποσοστό ανάκτησης 80% των παραδοσιακών επισκευαστικών υλικών. Με βάση αυτήν την τάση, η διάρκεια ζωής του τμήματος της γέφυρας προβλέπεται να εκτείνεται από τα σχεδιασμένα 50 έως 100 χρόνια, χωρίς να χρειάζεται-μεγάλες χειροκίνητες επισκευές καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του.
Σύγκριση κόστους: Οικονομική επανάσταση από μια πλήρη-προοπτική του κύκλου ζωής
Αν και το αυτοθεραπευόμενο λιθόστρωτο σκυρόδεμα κοστίζει 15% περισσότερο από το συνηθισμένο πλακόστρωτο σκυρόδεμα (περίπου 480 ¥/m³ έναντι 417 ¥/m³), το πλήρες-πλεονέκτημα κόστους του κύκλου ζωής του είναι σημαντικό. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τη γέφυρα Qingdao Cross-Sea Bridge, τα παραδοσιακά τμήματα από σκυρόδεμα απαιτούν-επισκευές ρωγμών μεγάλης κλίμακας κάθε 10 χρόνια, με το σωρευτικό κόστος συντήρησης να φτάνει τα 600 ¥/㎡. με{10}}αυτοθεραπευόμενα υλικά, απαιτούνται μόνο 3 βασικές εργασίες συντήρησης για 100 χρόνια, μειώνοντας το κόστος συντήρησης σε 240 ¥/㎡-με μείωση 60%.
Για νέα έργα, τα οικονομικά είναι ακόμα πιο εντυπωσιακά: ένα φράγμα λιμένα 10.000 τόνων που χρησιμοποιεί αυτό το υλικό αυξάνει το αρχικό κόστος κατασκευής κατά περίπου 800.000 ¥, αλλά εξοικονομεί πάνω από 5 εκατομμύρια ¥ σε κόστος συντήρησης μειώνοντας 8 μεγάλες επισκευές. Επί του παρόντος, η τεχνολογία περιλαμβάνεται στοΟδηγίες Εφαρμογής Νέων Υλικών στη Μηχανική Αυτοκινητοδρόμωνκαι έχει προωθηθεί σε 12 μεγάλα εγχώρια έργα υποδομής, αποτελώντας σημείο αναφοράς για έξυπνες κατασκευές.