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一种超强混凝土在日本一废弃核电站被意外发现

日期:2021-01-12    来源:徐德文科学频道

国际电力网

2021
01/12
20:05
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关键词: 核电站 混凝土 抗压强度

地球是个极为活跃的星球,表面因板块构造、水蚀风化及生物塑造等作用而随时变化。

如果人类在某一天消失,我们留下的辉煌建筑可能数百年内就会完全倒塌,尤其是大量使用波特兰水泥建造的现代钢筋混凝土结构,有的甚至可能连100年的时间都扛不住。

这是因为钢筋可能会锈蚀,混凝土也会受到各种侵蚀,久而久之导致强度降低,最终结构损坏轰然坍塌。

然而日本名古屋大学的研究人员,却在一座废弃的核电站里发现了一个令人惊讶的现象,那里的混凝土结构不但强度没有降低,反而比原来更坚固了,超过了原来的3倍多,是潜在抗压强度的两倍,这究竟是怎么回事呢?

这座核电站是日本的滨冈核电站,从1976年建成后一直运行到2009年,之后退役被废弃。在废弃多年以后,科学家们前年打开了这座核电站,检查了该核电站厚厚的混凝土墙壁,研究人员吃惊地发现,这些墙壁的强度竟然大大提高了。

进一步的研究发现,这些混凝土墙内出现了一种罕见的物质铝托贝莫来石,这是一种硅铝酸盐,由混凝土混合物中的矿物和水在中高温度下形成。

此前科学家们就已发现,公元1世纪的古罗马时期,意大利及欧洲其它国家就在用水泥建造港口等建筑结构。这些堤岸在历经2000年的海浪冲刷后,依然坚强地屹立在港口,不但没有毁损,反而益发坚固,科学家们曾经也是百思不得其解,直到2017年才由美国科学家揭开了秘密。

原来古罗马水泥是用火山灰、石灰、海水和块状火山岩石混合而成,里面含有金属铝的成分,使其硬度和弹性都得到了显著加强。长时间浸泡在海水中之后,混凝土中的火山岩和玻璃会被慢慢溶解,和另一种硅酸盐矿物钙十字沸石发生反应,生成新的铝硅酸盐,就像原来的铝托贝莫来石在逐渐长大,把堤坝上随着时间出现的裂缝重新填上,结构也就变得越来越强了。

所以混凝土在海水中强度提高的关键就在铝托贝莫来石。但日本科学家发现,要将铝托贝莫来石直接掺入现代混凝土非常困难,在实验室中需要70度以上的温度才能生成这种物质;然而太高的温度又会导致混凝土强度降低,因而混凝土的温度又需要限制在65度以下。

这就造成了一个矛盾,而古罗马的混凝土和日本核电站的混凝土墙又是怎么做到的呢?

日本科学家进一步的研究后发现,废弃核反应堆的混凝土墙壁在核电站运行期间,一直保持了水分并维持40-55℃的温度,时间长达16.5年,增加了硅和铝离子的利用率及墙壁的碱含量,最终导致铝托贝莫来石的形成,和古罗马混凝土一样强度得到了大幅度的提升。

日本科学家正在对此进行研究,希望找到短时间内提高混凝土强度的方法。这项研究发表在2020年11月5日《材料与设计》杂志上。

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