2000多年来,化学家、工程师和有兴趣的业余爱好者一直在努力建造更好的混凝土。罗马人开始了这个过程,他们发明了一种由生石灰、灰烬和浮石制成的混凝土,这使得他们能够建造出令人惊叹且持久的建筑和基础设施。将近两千年后,土木工程之父约翰·斯米顿改进了这种基本的建筑材料,改进了将其粘合在一起的水泥。然而,尽管在随后的几个世纪里进行了无数次改进,暴露在最恶劣条件下的混凝土结构并没有像预期的那样持久。然而,一项对混凝土长期实验的新分析,为了解如何制造更坚固的建筑构件提供了见解。
加州大学伯克利分校的保罗·蒙泰罗研究了美国垦务局进行了40多年的测试结果。该局将不同水灰比和水泥成分的混凝土圆柱体置于温和的酸浴中,以测试它们的失效时间。由于液态石不是干燥后变得坚固,而是通过水泥和水之间的化学反应固化,因此混凝土容易受到硫酸盐侵蚀。这些盐溶液实际上会渗透到混凝土中,并在凝固过程中和凝固后改变水泥和水之间的化学反应,最终导致结构失效。
目前抵御硫酸盐的技术包括使用低铝酸三钙和低水灰比的水泥混合物,因为这样可以制成反应性较低且孔隙较少的混凝土。但是,为期40年的实验证明,水灰比对混凝土的使用寿命影响不大。相反,混凝土的物理成分才是决定因素。蒙泰罗甚至制定了具体的公式,可以根据混凝土的组成部分更准确地确定给定混凝土的耐久性。
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蒙泰罗在本周《美国国家科学院院刊》上发表的论文中写道:“这些模型可以用来预测现有结构的剩余寿命。” “这些知识还可以用来确定哪些混合物组合更适合在腐蚀性环境中使用,从而为建造更坚固、更不易发生环境退化的结构铺平道路。”换句话说,我们的建筑最终可能会比罗马的建筑更持久。