Kjerneteknologi: "Crack Diagnosis and Treatment"-mekanismen til mikrobielle kapsler
Hjertet til dette smarte materialet ligger i dets «forhånds{0}}innebygde biologiske reparasjonssystem. Tekniske team kapsler inn spesielt akklimatiserte Bacillus subtilis og kalsiumlaktatnæringsstoffer i biologisk nedbrytbare natriumalginatkapsler (2-3 mm i diameter), og bland dem deretter inn i betong med 20-50 mmbrosteintilslag i et volumforhold på 3 %. Brostein, som naturlig høy-tilslag (trykkstyrke Større enn eller lik 120 MPa), gir betongens grunnleggende mekaniske støtte; mikrobielle kapsler, som "sovende reparasjonssoldater", fordeler seg jevnt i de samlede hullene.
Når betongen utvikler sprekker (bredde mindre enn eller lik 0,5 mm) på grunn av belastning eller temperaturendringer, siver regnvann eller vedlikeholdsvann inn i sprekkene og utløser kapselnedbrytning, og frigjør Bacillus subtilis og kalsiumlaktat. Med fuktighet og oksygen reproduserer og metaboliserer bakteriene raskt for å produsere kalsiumkarbonat (kalsitt), og danner et krystallinsk fyllingslag i sprekken innen 3-7 dager. Dette biomineraliserte produktet, med en trykkfasthet på 35 MPa, matcher styrken til moderbetongen, og oppnår "autonom sprekklukking." Laboratoriedata viser at systemet oppnår 100 % reparasjonsrate for mikrosprekker (0,1-0,3 mm brede) og over 90 % for 0,3-0,5 mm sprekker.
Engineering Validation: Qingdao Cross-Sea Bridges "Selv-Healing"-praksis
Vedlikeholdsprosjektet til Qingdao Jiaozhou Bay Cross-Sea Bridge markerte den første store-bruken av denne teknologien. Dette 36,48 km lange tverrsjøprosjektet, med tradisjonelle betongseksjoner, utviklet 237 synlige sprekker etter 10 års bruk på grunn av sjøvannerosjon og kjøretøybelastninger, og krever over 20 millioner yuan årlig for manuelle reparasjoner. I 2022 ble innfartsbroseksjonene renovert med selvhelende brosteinsbetong, som dekket 12 000㎡.
Overvåkingsdata etter-oppussing viser: etter 2 år med tidevanns- og temperaturtesting utviklet den renoverte delen bare 19 nye sprekker, hvorav 17 (89 %) (89 %) ble selv-helbredt i løpet av en måned, og oppnådde en total reparasjonsrate på 92 %. Strukturelle bæreevnetester indikerte at den reparerte betongens elastisitetsmodul ble gjenvunnet til 95 % av sin opprinnelige tilstand, langt over 80 % utvinningsgraden for tradisjonelle reparasjonsmaterialer. Basert på denne trenden anslås broseksjonens levetid å strekke seg fra de utformede 50 årene til 100 år, uten behov for store{13}}manuelle reparasjoner gjennom hele levetiden.
Kostnadssammenligning: økonomisk revolusjon fra et fullstendig-livssyklusperspektiv
Selv om selv-helbredende brosteinsbetong koster 15 % mer enn vanlig brosteinsbetong (omtrent 480 ¥/m³ vs. 417 ¥/m³), er kostnadsfordelen for hele-livssyklusen betydelig. For å ta Qingdao Cross-Sea Bridge som eksempel, krever tradisjonelle betongseksjoner stor-reparasjon av sprekker hvert 10. år, med kumulative vedlikeholdskostnader som når ¥600/㎡; med selvhelbredende materialer er det kun nødvendig med tre grunnleggende vedlikeholdsoperasjoner over 100 år, noe som reduserer vedlikeholdskostnadene til ¥240/㎡-en 60 % reduksjon.
For nye prosjekter er økonomien enda mer slående: en 10 000 tonns havnedam som bruker dette materialet øker de innledende byggekostnadene med omtrent 800 000 yen, men sparer over 5 millioner yen i vedlikeholdskostnader ved å redusere 8 større overhalinger. Foreløpig er teknologien inkludert iRetningslinjer for bruk av nye materialer i motorveiteknikkog har blitt promotert i 12 store innenlandske infrastrukturprosjekter, og har blitt en målestokk for intelligent konstruksjon.