“活化石”腔棘鱼为增强混凝土抗裂性能提供灵感

新华社北京9月6日电　美国科研人员从“活化石”腔棘鱼的鳞片结构中得到启发，开发出一项混凝土3D打印工艺，制造出不易开裂的大尺寸混凝土构件。测试表明其抗裂性能比传统的浇筑混凝土高出63%。

美国普林斯顿大学的研究团队说，新工艺利用机器人精确控制原料沉积方式和速度，模仿腔棘鱼鳞片的双布利冈结构，使混凝土强度提升，即使出现裂缝也不易扩大。论文发表在新一期英国《自然·通讯》杂志上。

布利冈结构广泛存在于鱼鳞、虾壳中，使材料具有良好的力学性能，其特点是纤维排列成层，层层堆叠，每层都与邻层错开固定角度。自然界中常见的布利冈结构以单层为堆叠单元，腔棘鱼等少数生物中存在一个双层堆叠的变种，每个单元中两层的纤维排列方向互相垂直，称为双布利冈结构。

混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，在外力、温度和湿度变化等因素影响下容易开裂。新工艺用机器人控制喷头喷出混凝土材料束，按双布利冈结构连续沉积，并严格监控温度和压力，防止材料在硬化过程中变形。研究人员认为，该结构可能使材料内部的裂面相互交错，裂缝不易延伸和扩散，从多个方面提高了强度。

3D打印又称增材制造，是一项将数字模型文件转化为实物的制造技术，混凝土3D打印具有施工快、灵活性高、节约材料等优点。腔棘鱼曾被认为与恐龙同时代灭绝，后来发现仍有存活，并且保持着古老的形态，被称为“活化石”。（完）