能抵御地震的壁紙

文│沈浩浩

伊朗一家混凝土公司宣布，去年年初研發(fā)出的“世界最強(qiáng)混凝土”目前已經(jīng)開始投入民用市場，并與日本的一家房屋建造公司簽署了合作協(xié)議，這種能抵御地震建材的混凝土正式開始推向市場。

德國卡爾斯魯厄技術(shù)研究所的科學(xué)家近日也宣布，他們研制出了一種特殊的“抗震墻紙”已可以大規(guī)模投產(chǎn)，該產(chǎn)品可以減少地震造成的破壞，這種“抗震墻紙”是由德國卡爾斯魯厄技術(shù)研究所開發(fā)的，由拜耳材料科技公司生產(chǎn)，造價(jià)較低，旨在成為使樓房在地震中較少受到損害的廉價(jià)替代品。

地震中大部分的傷亡都是由倒塌的房屋造成的。現(xiàn)有的其他抗震材料，比如一種特殊的彈簧結(jié)構(gòu)，也可以在地震中減少?zèng)_擊。然而，這類材料往往很昂貴，在貧窮的國家?guī)缀鯚o法使用。“抗震墻紙”的面世將改變這種局面。目前，這種抗震壁紙已經(jīng)開始在意大利和德國銷售。

這種新型材料被命名為“EQ-Top”，是一種帶有玻璃纖維的特殊布料，可以作為磚混結(jié)構(gòu)墻的墻紙使用。材料的主要成分是一種聚氨酯分散體——Dispercoll U粘接劑，有助于加固最脆弱的地方。這種壁紙可以將地震所釋放的能量分散到整一道墻壁上，避免像窗戶和門框這樣脆弱的結(jié)構(gòu)超載。

去年年底時(shí)，該產(chǎn)品還在測試過程時(shí)，卡爾斯魯厄技術(shù)研究所的科學(xué)家便聲稱抗震壁紙有效防止了各種結(jié)構(gòu)的崩塌。即使沒有完全防止，也可以減緩其崩塌的過程，這樣就可以有足夠的時(shí)間來讓人們安全地離開建筑。

這引起了市場的強(qiáng)烈興趣。即使強(qiáng)度不是很大的地震也可能是毀滅性的。如果一個(gè)社區(qū)中的樓房沒有任何抗震措施，那么一個(gè)小地震都可能造成巨大的破壞和傷亡。參加了“抗震材料”研發(fā)過程的卡爾斯魯厄理工學(xué)院的科學(xué)家慕里茲表示，這種抗震墻紙簡單易用，價(jià)格便宜，效果也不錯(cuò)，可以很好地保護(hù)那些因?yàn)閮r(jià)格昂貴等原因而無法購買其他抗震材料的人。

除此之外，技術(shù)成熟且也于近期推出抗震壁紙產(chǎn)品的還有意大利的一家研究中心，他們對此材料的研究是從2009年年底開始的。2009年春天發(fā)生在意大利中部的地震造成約300人死亡和1.5萬間房屋毀壞。在此災(zāi)難之后，建筑工程人員對尚存建筑物的狀態(tài)進(jìn)行了評估并確定了加固方法，工程師們選用了玻璃纖維或碳纖維織物作為加固材料。

在距震中500公里的威尼斯地區(qū)，一個(gè)研究中心接受了設(shè)計(jì)未來紡織品的任務(wù)，即要設(shè)計(jì)能夠保護(hù)那些易受地震、滑坡等自然災(zāi)害損傷的建筑物的材料，甚至更進(jìn)一步，要設(shè)計(jì)能夠自我檢測損傷的材料。

最初確定的設(shè)計(jì)思路是：必須致力建造更像人體的建筑物，要為它們造一皮層，利用從傳感器獲得的信息，就可以長期監(jiān)視建筑物的狀態(tài)，并建立一種結(jié)構(gòu)模型。 沿著這個(gè)思路而設(shè)計(jì)的各種產(chǎn)品之一是一種復(fù)合抗震“壁紙”。此產(chǎn)品獲得了2010 JEC建筑和建設(shè)類的創(chuàng)新獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)?wù)呤且獯罄鸇’Appolonia公司，另外來自意大利、德國、瑞典、以色列、印度的27個(gè)廠商和機(jī)構(gòu)也是此項(xiàng)目的合作伙伴，其中包括意大利Selcom多軸向技術(shù)公司、德國馬里莫紡織機(jī)械公司。

在意大利，材料公司將這個(gè)產(chǎn)品稱之為“復(fù)合抗震壁紙”。由以下物件組成：光纖傳感器、玻璃纖維和聚合物纖維多軸向經(jīng)編織物、納米粒子改良涂料（涂覆織物用）、納米粒子改良砂漿（把織物粘貼到建筑結(jié)構(gòu)上用）和從傳感器獲取信息的詢問系統(tǒng)。該項(xiàng)目配置了大型經(jīng)編設(shè)備來把光纖纜織入多軸向織物之中。所用纖維類型、取向和密度都經(jīng)過優(yōu)化來適配建筑物抵抗地震作用力所需的復(fù)雜材料要求。在這方面，多軸向織物結(jié)構(gòu)表現(xiàn)優(yōu)越。

然后對織物進(jìn)行涂層處理，以提高其耐久性和改善它與砂漿的粘結(jié)界面。所用納米粒子改良聚合物涂料是由合作團(tuán)隊(duì)成員生產(chǎn)的。繼后用砂漿把涂層織物粘貼到建筑結(jié)構(gòu)上。此砂漿也由納米粒子聚合物添加劑改良。最后把埋入的傳感器就位，以形成查詢點(diǎn)。可使用永久或便攜式查詢器來采集和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，供工程分析。

這種復(fù)合抗震壁紙可用作未加固磚石建筑結(jié)構(gòu)的全覆蓋或大范圍加固。方法簡單，成本低廉，容易施工。用作全覆蓋時(shí)，經(jīng)各大型實(shí)驗(yàn)室測試表明，此解決方案提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度200%以上和結(jié)構(gòu)韌性200%以上。易發(fā)生脆裂和坍塌的墻壁即使出現(xiàn)裂縫也能被此壁紙護(hù)牢。

加固作用只是此抗震壁紙的一半功能。因埋有傳感器，它在地震發(fā)生前、發(fā)生時(shí)和發(fā)生后都能進(jìn)行檢測，或靜態(tài)，或動(dòng)態(tài)（高頻）。工程人員利用這些測量數(shù)據(jù)來評估和量化修復(fù)工程的效益，控制新建工程和幫助建筑物安全度過其使用期。 此創(chuàng)新成果的初期應(yīng)用目標(biāo)是房屋等建筑工程。然而，這種帶傳感器的皮層原理還可應(yīng)用到任何復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如船艇、風(fēng)力渦輪機(jī)、各種車輛和飛機(jī)等。