科學家找到新預應力技術：讓混凝土更輕更環保

提高混凝土強度和耐久性的方法之一是在澆筑前加入拉伸鋼筋，然後在混凝土凝固時抽出鋼筋以壓縮材料。不過現在科學家找到了新的預應力（pre-stressing）技術，在不犧牲強度的情況下讓混凝土更輕，而且還能緩解碳排放。

作為世界上最常用的建築材料，混凝土的碳足跡是巨大的，每年生產的數十億噸混凝土需要大量的能源。為此，世界各地的科學家都在尋求調整生產工藝，使其更加環保，即使是很小的改進也可能產生很大的影響。

目前預應力技術主要用於那些需要承受特別高荷載（例如梁或者橋）的混凝土材料，受拉鋼筋產生的力從內部壓縮材料。但這項技術的一個缺點就是容易被腐蝕，這意味著在它們周圍澆築的混凝土需要有一定的厚度，並採用碳纖維增強聚合物（CFRP）製成替代具有抗腐蝕能力的鋼筋。

但是，使用 CFRP 作為肌腱涉及到昂貴的設備，而且將它們錨定在構件的兩端要複雜的工藝。這一點，再加上它們也有其局限性，這意味著預應力CFRP增強混凝土的使用並不像通過鋼筋的那樣廣泛。

瑞士聯邦材料科學與技術實驗室（EMPA）的科研團隊找到了新的突破口，為CFRP加固混凝土開發了一種特殊的配方，使其在硬化時膨脹。這意味著不需要錨定和拉伸鋼筋，因為材料在硬化時自己就會膨脹。肌腱就會永久地保持這種狀態，對混凝土施加反力，產生壓應力。

該項目成員 Mateusz Wyrzykowski 博士表示：「如果你想為了能夠建造更薄的結構，更高的承重能力而對這些CFRP加固材料進行預應力，你就會達到你的極限。這就像一個人在手臂上纏上一根橡皮筋 並試圖拉伸它們，橡皮筋將處於緊張狀態， 而一個人的手臂將經歷橡皮筋的壓縮，按照類比，這樣的機制會讓膨脹的混凝土經歷壓縮。」

這為更精益的混凝土構件打開了一扇門，提供了巨大的強度，團隊的測試顯示，自應力材料可以承受與傳統預應力混凝土相當的荷載，比非預應力CFRP混凝土構件高出約三倍。

"我們的技術為輕質建築開闢了全新的可能性，"Wyrzykowski說。"我們不僅可以建造更穩定的結構，還可以大大減少材料的使用量。我們可以很容易地同時在幾個方向上進行預應力，例如用於薄混凝土板或稜形曲線混凝土外殼。"