2000多年來,化學家、工程師和有興趣的業餘愛好者一直在努力建造更好的混凝土。羅馬人開始了這個過程,他們發明了一種由生石灰、灰燼和浮石製成的混凝土,這使得他們能夠建造出令人驚歎且持久的建築和基礎設施。將近兩千年後,土木工程之父約翰·斯米頓改進了這種基本的建築材料,改進了將其粘合在一起的水泥。然而,儘管在隨後的幾個世紀裡進行了無數次改進,暴露在最惡劣條件下的混凝土結構並沒有像預期的那樣持久。然而,一項對混凝土長期實驗的新分析,為了解如何製造更堅固的建築構件提供了見解。
加州大學伯克利分校的保羅·蒙泰羅研究了美國墾務局進行了40多年的測試結果。該局將不同水灰比和水泥成分的混凝土圓柱體置於溫和的酸浴中,以測試它們的失效時間。由於液態石不是乾燥後變得堅固,而是透過水泥和水之間的化學反應固化,因此混凝土容易受到硫酸鹽侵蝕。這些鹽溶液實際上會滲透到混凝土中,並在凝固過程中和凝固後改變水泥和水之間的化學反應,最終導致結構失效。
目前抵禦硫酸鹽的技術包括使用低鋁酸三鈣和低水灰比的水泥混合物,因為這樣可以製成反應性較低且孔隙較少的混凝土。但是,為期40年的實驗證明,水灰比對混凝土的使用壽命影響不大。相反,混凝土的物理成分才是決定因素。蒙泰羅甚至制定了具體的公式,可以根據混凝土的組成部分更準確地確定給定混凝土的耐久性。
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蒙泰羅在本週《美國國家科學院院刊》上發表的論文中寫道:“這些模型可以用來預測現有結構的剩餘壽命。” “這些知識還可以用來確定哪些混合物組合更適合在腐蝕性環境中使用,從而為建造更堅固、更不易發生環境退化的結構鋪平道路。”換句話說,我們的建築最終可能會比羅馬的建築更持久。