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感谢大家的参与，今天我将进行最终的演示。我们的原讲者Brent Rollins来自Spray Loock，他非常有知识，是个很棒的人，会回答任何问题，但由于家庭紧急情况，他无法出席。今天我们讨论的是用于恢复恶化混凝土的纳米二氧化硅水凝胶。这项研究最初是由DARPA发起的，名为“老化混凝土建筑的生物复兴”，这是我听过的最好的标题之一。
在谈论技术及其应用之前，我想先定义一下水凝胶。水凝胶是由天然或合成聚合物形成的三维结构，最终包裹水。在我们的案例中，它的功能更为复杂。天然形式包括胶原蛋白、淀粉和细菌纤维素，而合成形式则包括一些硅酸盐、聚乙烯醇、聚丙烯酸以及胶体或纳米二氧化硅。当我们谈论水凝胶时，它们的外观可能在混凝土中不易察觉，但在实验室中，我们创造的水凝胶看起来像果冻，随着时间的推移，它们会变硬。
我们进行这些工作的原因是，混凝土行业的一个不言而喻的严酷现实是混凝土仍在开裂。每年我们投入约480亿美元的新混凝土，而每年我们需要处理83亿美元的混凝土维护费用。如果你买了一辆价值5万美元的卡车，第一年就投入8000美元进行维护，你可能会觉得有什么地方不对劲。混凝土的失败不是一个选项，我们确实需要修复我们不理解的东西。
我们在国家基础设施清单中有超过60万个混凝土桥梁，年产值为480亿美元，但我们每年仅投入83亿美元用于混凝土的维护，以应对化学和物理攻击。这是一个严酷的现实。好消息是，我们在一定程度上理解了基础设施问题的根源。混凝土的恶化发生在分子层面上，随着时间的推移，我们可以观察到这一点。
混凝土的处理非常困难，但更难的是将其从填埋场中取出并重新制造新的混凝土。我们发现，并非所有混凝土配方都是相同的，但混凝土的恶化在各个方面却非常相似。混凝土会干燥、潮湿、再干燥、再潮湿，经历体积变化，导致开裂，开裂后会吸收更多的水和盐分，进而引发腐蚀。
我们使用水凝胶的方式是喷涂、涂覆、滚涂或在某些情况下注入一种技术，利用混凝土中的水溶液。我们的纳米二氧化硅技术或喷涂技术会使水溶液不稳定，开始形成一种能够填补裂缝的凝胶。如果溶液中有足够的二氧化硅和氢氧化钙，它将转变为混凝土强度的“超级英雄”——氢氧化钙水合物。
水凝胶的平均设计寿命为50年。我曾在新泽西州的霍博肯生活和工作，对于那些追求100年设计寿命的人来说，如果你想看看100年基础设施的样子，可以去霍博肯看看。与其追求100年设计寿命，我宁愿选择30年设计寿命，这样维护成本几乎为零。如果在30年后我想继续使用它，我可以做出这个决定。
通过这些技术，我们已经能够将已经恶化的结构的使用寿命延长30%到50%。当然，证明这一点的研究成果来自于许多更聪明的人，他们在几十年间进行了研究，尤其是在海外，比如在德尔，那里有一些基于细菌的水凝胶，我非常喜欢这些纳米二氧化硅的水凝胶。我们在这里也做了一些很好的工作，但我告诉你，关于硅酸盐的研究以及基于纤维素和淀粉的水凝胶的研究还有很多。
我们与印第安纳州交通部的合作是在一个隧道进行的，这个隧道原本计划拆除，因为混凝土存在很多问题。由于他们计划在五年内拆除这个隧道，我们被允许将其用作实验场地。我们希望利用这个隧道来研究水凝胶技术如何改变混凝土的吸水能力。
使用水凝胶相对简单。我们用标准的3500 PSI高压清洗机清洗混凝土，以去除盐分。准备工作大约花费40美分每平方英尺，除非需要用锤子清理恶劣的混凝土。我们让表面达到饱和干燥的状态，我们不希望孔隙干燥，而是希望孔隙充满水。然后我们以每加仑125平方英尺的速度应用水凝胶技术，直到混凝土无法再吸收为止，通常每加仑可以覆盖500平方英尺。
这是我们的工作现场，我做了一个简单的示意图。这个隧道长约400英尺，有七个施工接缝。这个隧道曾用于在30年代和40年代运送汽车。由于施工接缝没有安装闪光灯，很多水通过接缝渗入，导致钢材和混凝土的腐蚀。
我们在粉色一侧只清理了接缝区域，而在灰色一侧不仅清理了接缝，还应用了水凝胶技术。四个月后，我们回去取样，并进行了水吸附性测试。任何地方应用了水凝胶技术，我们发现吸水能力降低，混凝土吸收水的能力减少。
总结一下，我想定义一下水凝胶，让大家看到它的外观，了解我们为什么关心它，以及如何使用它。我简要回顾了腐蚀过程，并回顾了一个案例研究。感谢所有帮助我们完成这项工作的人员，现在我愿意回答任何问题。非常感谢大家。
