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仿生建筑材料

来源:   2017-07-04 14:42:54

摘要:现代仿生学已延伸到很多领域,仿生建筑材料是其应用领域之一。仿生建筑材料就是研究和仿照生物躯体的组织结构、化学成分、色彩及生态功能,设计和制造出卓有成效的新型材料,来满足人类对建材性能和品种日益增长的需...

现代仿生学已延伸到很多领域,仿生建筑材料是其应用领域之一。仿生建筑材料就是研究和仿照生物躯体的组织结构、化学成分、色彩及生态功能,设计和制造出卓有成效的新型材料,来满足人类对建材性能和品种日益增长的需要。下面是建筑网带来的关于仿生建筑材料的内容介绍以供参考。

仿生建筑材料的主要几种类型:

功能仿生建筑材料

功能仿生建筑材料的目的是使人造的材料具有或能够部分实现高级动物丰富的功能,如思维、感知等,也就是说能够研制出智能化材料。

生物有机体的显著特点之一是具有再生机能,受到破坏以后机体能自行修补创伤。骨是具有自修复和自适用特性的一个范例。骨折后断裂处血管破裂,血液由血管的撕裂处流出,形成以裂口为中心的血肿,继而成为血凝块,称为破裂凝块,并初步将裂口连接;接着形成由新生 骨组织成骨痂位于裂口区内和周围;与此同时,裂口内的纤维骨痂和内 外骨痂合并,在成骨细胞和破骨细胞的共同作用下将原始骨痂改造成正常骨。

人们从生物体系统中得到启示,希望在混凝土结构中得到与生物体中相类似的修复系统,当混凝土中出现裂缝或损伤时,能够触发一种自动的修复反应,自动愈合。现已经发展好集中裂缝仿生自修复技术,流程图及相关的问题。

其一为封闭裂缝自修复。形状记忆合金性能稳定,电阻率大,对应变敏感,可恢复应变大;当恢复收到约束时能产生较大的恢复力。利用形状记忆合金的这些特性,将形状记忆合金或聚合物预埋在混凝土结构中易产生裂缝的部位或构件,可制成裂缝自监测、自修复机敏混凝土。

其二为填充裂缝自修复。在混凝土中布置许多细小纤维(或多孔的形状记忆 合金)管道,管中装有修复剂(交联聚合物或溶剂),或在混凝土中掺入内含修复剂的空心胶囊,在外界环境作用下,一旦混凝土开裂或出现损伤,内装的修复剂流出渗入损伤处,填充裂缝,并在两裂缝面之间形成黏结,使其愈合。

结构仿生建筑材料

结构仿生建筑材料是通过研究生物肌体的构造,建造类似生物体或其中一部分的建筑材料,通过结构相似实现功能相近。

在建材的结构上,人们利用仿生学的原理,取得了很大的成效。以蜜蜂为例,它不仅是蜂蜜和蜂乳的酿造者,而且还是生物界出色的"建筑师"。蜜蜂用蜂蜡建造起来的蜂巢是一座既轻巧又坚固、既美观又实用的杰出建筑物。轻质高强,是建筑材料的发展方向。人们从蜂巢上获得了启示,为了减轻钢筋砼的自重,创造发明了蜂窝泡沫砼,如加气砼,还有泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫玻璃等等。实践证明,这些内有气泡的蜂 窝状材料,既隔热又保温,结构轻巧又美观。目前,它们已在国内外获得了广泛的应用。

迄今为止,所有的材料都是死物。能不能研究出一种具有生命活力的材料呢?国外有的科学家设想,通过生物工程的研究,把大海里的珊瑚虫繁衍成的礁岛,改造成一种能按人的要求而生成的高楼、大坝、码头等建筑物,或在陆地先造出房屋的金属网状结构,然后放到海里,让软体动物填满网格,等到动物死去,大量动物尸体硬化,由珊瑚和贝壳等复合材料构成的房屋结构也就完成了。用这种方法建造海洋工程及沿海房屋,具有施工方便、就地取材、速度快、 造价低等优点。

色彩和质感仿生建筑材料

色彩和质感仿生建筑材料就是模仿生物的色彩和质感研制出千姿百态、五彩缤纷的建筑材料。在我国有些建筑物内墙和地面装饰采用木纹色,这种淡而不薄、厚重相宜的色彩,能给人朴实、自然的感觉,可缓解人们因工作而引起的疲劳与压力,达到较好的视觉效果。近年来,墙体装饰材料中的乳胶漆,其色彩有的采用自然生物的颜色,如"丁香紫"、"香草黄"、"象牙白"、"浅豆绿"等色调,这种活泼清新的色调,温馨亲切,给人以美的享受,使人得到健康休闲的满足。

化学成分仿生建筑材料

化学成分仿生建筑材料就是研究和模仿生物体的化学成分及其形成的机理,并以新的方式来生产出新型建材。在化学成分上,人们发现,生物汲取自然界的 物质元素构成它们的自身,并不像人类研制材料那样大动干戈,采用很多种元 素,把成分和配比弄得很复杂,并且很多材料还要经过高温烧结。许多生物仅用了一百零几种元素中的十几种,就组成了仪态万千、性能优异的材料。例如,贝壳的抗张强度高达100兆帕,远大于水泥。其实,它的成分很简单,95%是石灰石(碳酸钙),5%是蛋白质,两者粘结成坚不可摧的整体,而且并不需要高温烧结。这就给人们很大的启示,促使人们寻找化学组成简单、工艺简化并节省 能量、减少环境污染的新型建材。如美国国家实验室已研制出一种高强度聚合物水泥,它是用水溶性糠醛醇的聚合物制成的,组分少,制造工艺简单,可快速修补公路、桥梁和机场跑道。

利用生物特性来开发新材料,是现在研究的一个热点,由于生物经过几千 年的进化,因此在很多的方面都具有参考价值,仿生材料也具有很广阔的应用 的前景。

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