新的仿生分子帮助混凝土抵抗冻害

一种以天然蛋白质为灵感的添加剂，可以制造出更耐用的建筑材料

总所周知，每天的温度波动会使水冻结和膨胀，然后融化和收缩。由于混凝土是多孔的和吸收液体，这些变化往往使其表面剥落。但是研究人员说，一个新的过程可以帮助防止这种恶化。

科罗拉多大学博尔德分校的材料科学家和建筑工程师威尔·斯鲁巴（Wil Srubar）说：“我们过去抵抗这种冻融破坏的主要方法是使用20世纪30年代开发的一种技术，即在混凝土中注入微小的气泡。”这些柔性气泡吸收了一些压力，但也降低了混凝土的强度，使其吸收更多的水，并且需要进行精细的分配过程。

斯鲁巴的实验室把目光投向了自然界，特别是“防冻剂”蛋白质，这种蛋白质能让一些鱼和细菌忍受严寒的温度。在细胞中，这些分子附着在冰晶的表面，防止它们长得太大，但它们在高碱性水泥浆料中不起作用，而水泥浆料是混凝土的关键成分。因此，研究人员尝试了一种具有类似性质的更坚硬的物质:一种名为PEG-PVA的聚合物，它目前被用于缓释药片中。

为了测试它，研究小组混合了几批混凝土，其中一批带有气泡，还有几批掺有不同浓度的PEG-PVA添加剂。经过300个连续的冻融循环后，对照样品的质量直线下降，而其他样品保持了其完整性。这项研究发表在6月份的《细胞报告物理科学》上。

英国诺森布里亚大学（Northumbria University）的土木工程师维基•埃德蒙森（Vikki Edmondson）表示，这项新工作很重要，但还需要在实验室之外进行调查。她说：“例如，如果我们看看桥梁的设计寿命，这将如何帮助保护关键的基础设施？“埃德蒙森想知道这种添加剂在现实世界中是如何发挥作用的，例如混凝土必须承受振动，并能承受污染物的暴露。

法国国家科学研究中心研究主任罗兰德·佩伦克（Roland Pellenq）说：“任何使水泥更耐用的方法显然都是进步。”他也没有参与这项新研究。 由于冻融破坏对基础设施构成了威胁，因此其他研究人员也在探索解决方案。佩伦克说，他自己的研究小组为此试验了一种防水的黑碳添加剂。

斯鲁巴已经申请了一项临时专利，并希望在五年内将PEG-PVA工艺推向市场。与此同时，他继续寻找模拟抗冻蛋白行为的分子。他说：“我实验室里的每个人都相信，大自然已经为我们解决了所有的问题。我们只要知道去哪里找就行了。”