耐久的混凝土

麻省理工学院土木工程师已经确定了导致混凝土逐渐变形的原因，这降低了混凝土的耐久性，缩短了桥梁和核废料容器的使用寿命。

研究人员说，混凝土徐变(混凝土在承受载荷时发生的随时间变化的变形的技术术语)是由纳米尺度上粒子的重新排列引起的。

麻省理工学院的弗朗茨-约瑟夫·乌尔姆教授说:“我们终于可以解释蠕变是如何发生的了。”

“我们无法阻止蠕变的发生，但如果我们减缓其发生的速度，就会增加混凝土的耐久性，延长结构的寿命。”

2007年，乌尔姆发现纳米级水泥膏体的基本组成部分——硅酸钙水合物——本质上是颗粒状的，当与水混合时，它们在两个结构不同但化学性质相似的阶段自然自组装，每个阶段的固定堆积密度接近自然界允许的两个最大球形物体密度之一(低密度为64%，高密度为74%)。

在他的新研究中， 乌尔姆 发现当这些纳米级的硅酸钙水合物颗粒重新排列成不同的密度时，混凝土蠕变就产生了:一些更松散，另一些更紧密。

他还证明，通过小心地将水泥与其他矿物(如铝工业的废料硅烟)混合，可以诱导出第三种密度更大的硅酸钙水合物相。

这些反应产生的烟雾形成了更多更小的颗粒，这些颗粒可以进入硅酸钙水合物的纳米颗粒之间的空间，这些空间以前是充满水的。

这将使水合硅酸钙的密度增加到87%，从而随着时间的推移大大阻碍了颗粒的运动。

乌尔姆说:“加入硅烟是改变混凝土密度的一种已知方法，现在我们从纳米级填料中知道了为什么加入硅烟会减少混凝土的蠕变。”

研究人员还通过实验证明，蠕变速率是对数的，这意味着缓慢的蠕变可以成倍地增加耐久性。

他们还从数学上证明，减缓蠕变的速度可以对混凝土结构的耐久性产生显著影响:例如，用今天的混凝土建造的核废料容器可以使用100年，如果用超高密度(UHD)混凝土建造，则可以使用16000年。

Ulm强调，超高清混凝土可能会影响结构的设计方式，并对环境产生巨大影响;这是因为混凝土是地球上生产最广泛的人造材料:全球每年生产200亿吨，并以每年5%的速度增长。

乌尔姆 的研究部分是由拉法基集团是一家法国建筑材料生产商。