圖片來源：Pixabay

在日常生活中，溫度變化會(hui) 使水結冰膨脹，然後再化凍收縮。由於(yu) 混凝土的多孔結構能夠吸收液體(ti) ，在經曆這些變化後，它的表麵會(hui) 起皮、脫落。現在，研究人員找到了一種能預防混凝土表麵受損的新方法。

“過去，在預防凍結-解凍過程給混凝土帶來的破壞時，我們(men) 主要使用一種20世紀30年代開發的技術：往混凝土中注入細小的氣泡，”科羅拉多大學博爾德分校的材料科學家和建築工程師維爾?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(hui) 降低混凝土的強度，這又會(hui) 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控。

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

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為(wei) 了測試PEG-PVA的性能，該研究團隊混合了3組混凝土。一組作為(wei) 對照組，一組加入了氣泡，最後一組添加了PEG-PVA。經過300輪凍結-解凍後，對照組混凝土的質量急劇下降，而其他兩(liang) 組則保持住了原有形狀。相關(guan) 研究發表於(yu) 今年5月的《細胞報告·物理科學》（Cell Reports Physical Science）。

英國諾森比亞(ya) 大學的土木工程師維基·埃德蒙森（Vikki Edmondson，並未參與(yu) 這項研究）認為(wei) ，這項研究十分重要，但需要接受實驗室之外的檢驗，“比如當我們(men) 討論一座橋梁的設計壽命時，這種方法能起到多大的保護作用？” 埃德蒙森對這種添加劑的實際作用感到好奇，因為(wei) 在現實中混凝土不僅(jin) 要承受震動，還要經受得住汙染物的影響。

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“任何讓水泥更堅固的方法都是進步，”法國國家科學研究中心研究處處長羅蘭(lan) ·佩朗（Roland Pellenq，並未參與(yu) 這項研究）說。由於(yu) 凍結-解凍過程對建築物危害巨大，其他研究人員也在尋找相關(guan) 的解決(jue) 方案。佩朗表示，自己的研究團隊已經在試驗一種防水的黑碳添加物了。

斯魯巴已經申請了一項臨(lin) 時專(zhuan) 利，希望在5年內(nei) 將PEG-PVA方案推向市場。同時，他也在繼續搜尋能模仿防凍蛋白功能的分子。“我實驗室裏的每個(ge) 人都相信大自然早就解決(jue) 了我們(men) 的所有問題，”斯魯巴說，“我們(men) 隻需要去發現它們(men) 。”

撰文：索菲·布什維克（Sophie Bushwick）

翻譯：龔聰

文章來源：環球科學


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