在過去的十年里，有超過二十個(gè)國家經(jīng)歷了致命的地震，地震成為人類最不想面對(duì)的自然災(zāi)害之一。加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的班西亞教授與他的團(tuán)隊(duì)，花了好幾年的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室里搖晃墻壁來模擬地震的實(shí)況。他們工作的成果是設(shè)計(jì)出了一種涂層，能夠使得建筑物里的非承重墻在規(guī)模超過9.0的強(qiáng)震中仍然站立。

規(guī)模9.0的地震有多強(qiáng)？在2011年3月11日強(qiáng)力搖晃日本東北造成福島電廠核災(zāi)的那個(gè)地震，就是規(guī)模9.0的地震。在2017年11月班西亞團(tuán)隊(duì)利用他們所開發(fā)的韌性環(huán)保水泥類復(fù)合材料（EDCC）為一個(gè)溫哥華當(dāng)?shù)氐墓W(xué)校做抗震強(qiáng)化，而下一個(gè)目標(biāo)則是為一所位于地震發(fā)生頻繁地區(qū)（北印度北阿坎德邦的羅奧爾凱埃）的學(xué)校服務(wù)。

索雷馬尼（班西亞的博士生）表示，一層EDCC，幾乎可以禁得起兩倍砌石墻能夠承受的裂損。因?yàn)槟壳暗募夹g(shù)對(duì)于強(qiáng)化結(jié)構(gòu)墻還不到位，加上建筑物的內(nèi)部墻倒塌時(shí)飛散的磚頭與碎片是十分危險(xiǎn)，研究團(tuán)隊(duì)特別聚焦在非承重墻。由于價(jià)格便宜加上隔熱、隔音效果佳，用灰渣空心磚構(gòu)筑隔間系統(tǒng)是世界通用的。「總的來說，」班西亞說：「我們已經(jīng)將一個(gè)易碎的材料轉(zhuǎn)變成一種延展韌性的材料。我們把水泥變得像鋼材──能夠變形而不碎裂。」

拉伸忍受度

大約三分之一的EDCC材料，是摻和了長(zhǎng)度五毫米到十五毫米的聚合物纖維的水泥，剩下的三分之二是由一種叫做粉煤灰的燃煤后的廢棄物，以及其他的工業(yè)副產(chǎn)品所組成。運(yùn)用聚合物或碳纖維來強(qiáng)化水泥，使得水泥變得更具韌性，這是大家都已經(jīng)知道的。同樣的，使用粉煤灰來減少碳排放也不是什么新鮮事（制造水泥時(shí)會(huì)有大約與產(chǎn)出水泥等量的二氧化碳，被釋放到環(huán)境之中）。但是由于英屬哥倫比亞大學(xué)正在申請(qǐng)專利及其他的執(zhí)照，所以研究團(tuán)隊(duì)并沒有透露EDCC成分的細(xì)節(jié)或是施作的方法。

索雷馬尼將他團(tuán)隊(duì)開發(fā)的韌性環(huán)保水泥類復(fù)合材料噴到一面墻上以測(cè)試那面墻能否禁得起靜態(tài)的非墻面方向的力

班西亞表示，這個(gè)新材料代表了一個(gè)抗張極限的大躍進(jìn)。其制作法是基于微觀尺度制訂的。形成材料的要素是水泥主體、黏合在主體里的纖維、以及在主體、纖維和界面的能量損耗。

班西亞指出，EDCC能夠承受的最大拉伸應(yīng)變超過其他水泥類復(fù)合材料的600倍。這種能力能夠讓被DECC覆蓋的墻壁在倒塌之前能夠承受更大變形。對(duì)于應(yīng)變能力的增強(qiáng)，是EDCC最具創(chuàng)新的部分。

在實(shí)驗(yàn)室里，班西亞和他的團(tuán)隊(duì)建造了高度達(dá)三公尺、寬兩公尺、厚度十公分的砌石墻，并將有EDCC強(qiáng)化和沒有噴加EDCC的墻固定在一座震動(dòng)桌上。然后依照過去真實(shí)地震產(chǎn)生的震波形式來搖晃桌子。研究人員監(jiān)測(cè)了墻壁的加速度、位移、和材質(zhì)的應(yīng)變。

沒有EDCC補(bǔ)強(qiáng)的墻壁，當(dāng)前后搖晃時(shí)，通常只有一、兩處磚頭的接面開始斷裂，集中在局部的破損造成了墻壁的倒塌。反之，有EDCC加持過的墻壁，涂層迫使破裂發(fā)生在每一處磚頭的接縫，也因此分散了能量的耗損。

團(tuán)隊(duì)測(cè)試了不同EDCC涂層厚度對(duì)墻壁的影響，「我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大多數(shù)的地震，十毫米的涂層就已經(jīng)很夠力了，」索雷馬尼說：「甚至強(qiáng)度是日本大地震兩倍的震動(dòng)，強(qiáng)化過的墻壁也能保持原封不動(dòng)?！?/span>

因地震引發(fā)的翻新

人們總希望能找到方便又省錢的方式來翻新建筑物的結(jié)構(gòu)，使得建筑物變得更安全。為了能讓EDCC被英屬歌倫比亞省采納為法定的建筑物翻新指導(dǎo)方針的一部份，索雷馬尼表示：「我們必須證明這個(gè)材料是容易施作的、可行的、便宜的、和實(shí)用的?！惯@些努力中的一大挑戰(zhàn)就是噴灑系統(tǒng)開動(dòng)時(shí)必須平穩(wěn)而不能有堵塞發(fā)生?！傅悄钦娴氖呛芾щy，」他說：「我們?cè)?jīng)放棄過幾次。」

在依照實(shí)際地震所得來的震波模式晃動(dòng)桌子之后，班西亞與索雷馬在檢查結(jié)果

如果采用的翻新方式太昂貴，那么政府單位就會(huì)選擇干脆把建筑物拆掉再重建?，F(xiàn)行常用的翻新方式有，像是將用螺絲釘將金屬條鎖在墻上，或是用纖維強(qiáng)化聚合物覆蓋等等。但是班西亞表示說，在砌石墻上施作EDCC的費(fèi)用大概只是這些作法的一半而已。

EDCC目前正在第一次施作在溫哥華的婕米蓀小學(xué)，做為該校校舍一部份的地震防災(zāi)升級(jí)。索雷馬尼正在參與一個(gè)省級(jí)的研究，這是針對(duì)學(xué)校對(duì)地震的防災(zāi)準(zhǔn)備是否妥當(dāng)?shù)难芯?，他表示，英屬哥倫比亞省目前有超過一百所學(xué)校都在進(jìn)行地震防災(zāi)的強(qiáng)化工程，而醫(yī)院及其他市政府和商業(yè)建筑物也需要針對(duì)地震做翻新。他說：「他們用了很多砌石墻來做隔間?！?/span>

在美國西雅圖的史庫恩梅克是一位承做私人家庭及一些商業(yè)大樓地震翻新強(qiáng)化工程的承包商，他表示，EDCC可以用來做住宅強(qiáng)化的，特別是住家的地下室。史庫恩梅克這樣說，「我很希望這個(gè)材料能盡早上市，也能盡早獲準(zhǔn)在我們的轄區(qū)內(nèi)成為一種合法的翻新方式?！?/span>

史丹佛大學(xué)的彼玲敦從事的是延展性水泥基底復(fù)和材料研究，她指出，「看到這種材料能被應(yīng)用真是件好事，而且我希望它可以導(dǎo)致這一類復(fù)和材料獲準(zhǔn)使用在建筑物結(jié)構(gòu)的翻新，而不只是在非結(jié)構(gòu)部分的應(yīng)用?！?/span>

在一些用途上面，索雷馬尼說，涂層可以更厚一點(diǎn)，或者在墻壁的兩面都予以噴上，但是噴涂單面就已經(jīng)足夠在大多數(shù)地震時(shí)保護(hù)建筑物內(nèi)部的泥灰黏合的砌石墻不致倒塌。還有其他可能的應(yīng)用包括各種管路、橋梁、歷史建物外觀、工廠樓板、與爆裂現(xiàn)場(chǎng)附近的建筑物等等，「只要發(fā)生能量傳遞的情況，」班西亞說道，「即使是少量的能量，就可以造成易脆裂材質(zhì)的倒塌。而EDCC具有充分的能量吸收能力，就能讓那些材料得以存活?！?/span>

這個(gè)研究成果的下一步就是要進(jìn)一步減少碳排放，而且在花費(fèi)上更為經(jīng)濟(jì)。目前立即的研究方向，班西亞指出，就是要將EDCC里的纖維替換為再生和天然的材料，像是廢棄輪胎、竹子、黃麻等等這一類的東西?！杆鼘⒊蔀榈蛢r(jià)，但非低技術(shù)的材料。這真是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?！?/span>