1994年,韓國的一座鋼筋混凝土橋樑在汽車經過時突然斷裂,結果連人帶車墜人滾滾的江流中,造成嚴重的人員傷亡。這一起慘案轟動了世界漢城的幾名政府官員還因此引咎辭職,因為公眾認為這些官員平時對橋樑的安全管理沒有負起應負的責任。但也有人認為,如果橋樑在剛剛出現裂紋還沒有斷裂之前,自己能大呼“哎喲!救命呀!向人們報警提醒管理人員趕緊搶救也許就有可能避免一次惡性事故;或者,橋樑更“主動”一點,在出現裂紋後,自己能立即自動修補並加固如初,那也有可能避免橋毀人亡的慘劇。也許有人會說,無生命的橋樑會自己喊“救命”,能自己修補裂紋,豈不是“天方夜譚”純屬幻想嗎?
其實,幻想往往是發明之母,美國一些橋樑專家還真的在研究能喊“救命”和能自動修補裂紋的橋樑。在各種建築物尤其是橋樑中,鋼筋混凝土一向是“唱主角”的材料。它雖然很堅固,但在長期繁忙的交通、載重車輛引起的振動下,也會發生疲勞損壞。為了確保各種橋樑的安全,美國伊利諾伊大學的建築學家卡羅琳·德賴從90年代初開始研究能“呼救”和自我修補的智慧型混凝土。他的思路是:在混凝土中埋入大量空心纖維,空心纖維中事先裝有“裂紋修補劑”。當混凝土開裂時,空心纖維也會開裂,這時會發出報警訊號,並流出修補裂紋的黏結劑把裂紋牢牢粘在一起,防止裂紋進一步擴大。
這種智慧材料稱為被動式智慧材料。美國的另一些橋樑專家則在研究一種主動式智慧材料。他們的方法是在混凝土中埋入光導纖維或微型電子晶片和感測器,在橋樑出現問題時,能使橋樑自動加固;其中一種方案是模仿人的行為。比如,人的兩條腿,當一條腿受傷不能承受更多的壓力時,人會自動把重量的大部分轉移到健康的腿上,以避免傷腿進一步受損。
橋樑專家認為,如果橋樑的某些區域性受損,可使橋樑的另一些部分自動加固,使橋樑總的強度不會降低,這一點現在已不存在太大的技術困難。隨著電腦技術的迅速發展,現在完全可以製造出極微小的訊號感測器及微電子晶片和計算機,把這些一一埋人橋樑材料中。訊號感測器可及時發出報警訊號,而橋樑材料則用各種功能材料構成。例如用形狀記憶材料或在電壓作用下能夠從液體轉變成固體而自動加固的壓電材料。埋在橋樑混凝+中的感測器得到某部分出現裂紋的訊號後,計算機就會發出指令,使事先埋人橋樑中的微小液滴變成固體而自動加固或使形狀記憶合金發生相變增加橋樑強度。
我國的材料科學家也在研究用形狀記憶合金製造的可自行診斷的材料。方法是在玻璃纖維增強環氧樹脂複合材料中埋入鎳鈦形狀記憶合金絲及光纖和電阻應變絲感測器陣列,它們可以檢測材料中的受損部位,然後由計算機控制的執行系統,對相應的受損位置的形狀記憶合金進行加熱,激發它產生相變,使複合材料結構中的受力狀態自動適應原有設計的受力條件,恢復正常,保證安全。