研究发现电厂的混凝土墙壁竟然越用越坚固

在建造电厂的时候,设计施工人员会优先考虑在核心位置使用优质的混凝土等建筑材料。然而名古屋大学的一项研究发现,得益于独特的混凝土配方,已终止运行的旧发电厂的墙壁,竟然随时间推移而变得更加坚固了。据悉,基于普通水泥的混凝土结构,将需要在浸泡于海水中数十年后展开维修。

资料图:日本滨冈核电站(来自:维基 / CC BY-SA 3.0)

作为对比,经历了 2000 多年的考验的意大利海洋屏障,至今仍屹立不倒。最近的一项研究,为我们揭开了这一现象的神秘面纱。

研究人员指出,古罗马混凝土在原始成分包含了可在盐水渗入时被溶解的火山灰,进而形成某种铝土矿(aluminous tobermorite),这种独特的配方可让混凝土越用越结实。

遗憾的是,尽管这一成分听起来像是增强水泥强度的完美添加剂,但实际操作的难度却相当之高。

制造这种晶体,需要在实验室中达成 70℃(158℉)以上的温度,这一条件会削弱混凝土本身的强度。

换到野外,似乎某些其它类型的化学过程、能够在较低的温度条件下生成矿物并增强混凝土的结构。

此前,我们已在古罗马时代的海堤上发现了这一事实。现在,名古屋大学的研究人员又在核电厂的墙壁上见证了这一过程。

研究配图(来自:ScienceDirect)

据悉,研究人员从厚混凝土墙和日本滨冈核电站 1 号机组的一块平板上进行了取样。该装置在 1976 ~ 2009 年间持续全功率运行了 16.5 年,使墙壁一直暴露在 40~55 ℃(104~131℉)的环境下。

出人意料的是,样品中同样检出了 aluminous tobermorite 。通过测算,研究团队认为混凝土墙壁的强度,较较早初期提升了三倍以上。

研究通讯记者 Ippei Maruyama 表示:“我们发现这种反应的方式与古罗马时代的混凝土类似,能够极大地增强发电厂墙壁的强度”。

(图自:Nagoya University)

仔细检查后,研究团队在墙体中检出了有保留的水分,其与混凝土中的硅酸盐等矿物发生了反应,提升了墙体的碱含量、同时有更多的硅铝离子可用于反应,最终形成独特的结构。

展望未来,研究人员希望这项发现能够改善混凝土配方,让我们尽快用上更坚固、环保、持久的混凝土建筑。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《材料与设计》(Materials & Design)期刊上。

原标题为《Long-term use of modern Portland cement concrete: The impact of Al-tobermorite formation》。

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