监测人报道:桥梁监测引入多项国际先进技术,使得桥梁安全监测更上一个台阶。
给大桥装上感应器
一年后,一座新的大桥投入使用,工程技术人员在这座新桥上安装了323个用于监测桥梁结构状况的传感器。在类似悲剧发生前,这些传感器可发挥预警作用。
领导该座大桥安全预警系统设计工作的弗伦其教授介绍说,这些传感器可提前发现结构方面存在的问题,向管理人员提示结构的哪些部分需要检查和维护。在地震多发区域,传感器在探测到突发的结构损伤后,管理人员可及时关闭设施。
到目前为止,安装并使用传感器的桥梁还非常少,但是在今后的桥梁建设中将会日益普及。除桥梁外,水库大坝和防洪堤也是这种新技术可以施展拳脚的好去处。即使是普通建筑,采用传感器监视技术,也有助于提早发现结构安全隐患。
防水性能很关键研究人员也正在研发强度更高、寿命更长的建筑材料。研发工作的重点之一是提高混凝土构件的防水性能。目前的混凝土并不能完全防止水的渗入。水可以溶解混凝土中的石灰,在混凝土结构中产生细微的通道,导致更多的水进入到混凝土结构的纵深处。在冬天,里面的水会结冰,导致体积膨胀,扩大结构裂痕。同时,水还会锈蚀混凝土中的钢钎结构。因此,提高混凝土的防水性能是解决问题的关键。
新建大桥采用的混凝土中含有煤燃烧后形成的副产品粉煤灰和硅粉,它们可使混凝土的防水性能得到极大的提升。采用这样的材料,可使新建桥梁的寿命达到100年以上,而许多老桥梁的寿命只有50年左右。
加拿大怀特穆德资源公司目前正在推广一种新型防水混凝土,这种混凝土加入了偏瓷土。瓷土通常用于制造瓷器和纸张。该公司将瓷土加热到800℃左右生产出偏瓷土粉末,用于制造防水性能好的混凝土。这种混凝土目前已经用于不少建筑项目中。
爆裂时不再伤人更加值得一提的是新型的超高性能纤维增强混凝土,这种混凝土采用了超细的钢纤维,比原有混凝土结构的强度提高了10倍以上。这种混凝土在浇灌成型时可以比普通混凝土薄许多,因此建筑设计师可采用超高性能纤维增强混凝土设计建造出更加复杂的结构,用其浇制屋顶盖板,厚度可以薄至20毫米。
超高性能纤维增强混凝土在外力作用下破裂时,不会像一般混凝土那样破裂成大块形状。英国研究人员专门就其在遭遇爆炸时的情形进行了实验,证明其具有应用于易受恐怖爆炸袭击的建筑或路障的潜力。普通混凝土结构虽然可以挡住爆炸,但爆炸形成的冲击波可以破坏混凝土结构的反面,飞出的混凝土块状物也可能击伤路人。而超高性能纤维增强混凝土则不会发生类似问题。
纳米技术走入建筑材料水化硅酸钙是一种在水泥中自然产生的材料,由纳米级粒子构成。据加拿大国家研究委员会建筑研究所专家拉吉介绍,他们最近开发出一种在纳米级操控水化硅酸钙的工具,采用这种方法可提高混凝土的强度和密度。同时,研究所还在试验使用其他纳米材料作为添加物,目的也是生产出强度更高、寿命更长的混凝土。
目前,碳纳米管已应用到钢材中,以提高其强度。钢的强度越高,意味着建筑的高度可以升高。纳米材料还可提高钢的柔韧性,使高层建筑提高抗风性能和抗其他应力的性能。
美国密歇根大学的科学家也正在研发一种碳纳米管和聚合体的混合物,预计将在一年内投入使用。这种混合物强度高,而且具有电学性质,因此可将其用作传感器“皮肤”,其可向人们提供关于结构的多维状况的细节信息。在应用中,其可用作涂料,既起到保护作用,又可以全面探测和传递结构状况信息,且不像上述的普通传感器那样只能够探测个别点上的信息。
这些新技术的应用,无疑可让新桥梁、新大厦更牢固、更安全、更长寿,外观也会显得更加美丽。