科学家揭示了混凝土和沥青变质的原因
日本科学家发现，现代混凝土和沥青结构的恶化是由于这些结构中存在微量有机物。
水泥和沥青是现代建筑材料的关键，水泥被用于各种建筑和结构的建造，而建筑公司主要使用沥青建造高速公路和跑道。自19世纪以来，专家们就广泛使用这两种方法。但据观察，现代混凝土和沥青结构比历史结构恶化得更快，其原因尚不清楚。
有了这些知识，一个由来自日本六个机构的科学家组成的团队——包括北海道大学的Akihiro Moriyoshi教授——发现，现代混凝土结构和沥青路面中微量的有机物会导致这些结构的恶化。
专家表示，现代混凝土结构和沥青路面的老化是一个主要问题。导致变质的特征包括裂纹、分解(分解成细白色粉末)和分层(分离成层)。这些恶化的结构对其预期用途是不安全的:快速恶化缩短了结构的预期寿命，增加了维护或更换的成本。
一个桥梁的特写，显示老化的沥青路面和混凝土。
图片来源:Akihiro Moriyoshi
为了解决这个问题，科学家们开始开发一种替代方法来评估混凝土的退化速度。他们将目前的方法基于混凝土表面裂缝的宽度和一个简单的化学测试;然而，这只是对破坏程度的一个不完整的描述。
在实验过程中，科学家们发现，当商业水泥与水混合时，会产生一种奇怪的气味。据此，他们假设有机物是产生这种气味的原因，并研究了它对混凝土劣化的影响。
科学家们开发了一维瞬态渗湿装置，以重现混凝土结构和沥青路面暴露在实验室24小时内的环境条件场。该团队表示，当与CT扫描相结合时，这种方法可以用来评估损伤的精确程度。
CT扫描显示受损混凝土出现裂缝。A和B表示第一层的裂缝，C和D表示第二层的裂缝。GBS, GHY, TMS, MS TSS和GR是指砂浆中不同类型的集料。
图片来源:Akihiro Moriyoshi等。PLOS ONE。2021年5月13日
研究人员测试了1960年来自日本的各种沥青样本，也测试了来自世界各地的一些混凝土样本，并以一个120年的混凝土样本作为参考。
研究小组表明，现代混凝土结构和沥青路面中存在多种来源的有机分子:邻苯二甲酸盐、柴油尾气颗粒、表面活性剂和挡风玻璃清洗液。这些分子要么是在制造过程中引入的——市售水泥中邻苯二甲酸盐、磷酸盐化合物和声发射减水剂的含量分别为0.0012%、0.12%和0.25%——要么是从环境中吸收的，并导致混凝土结构和沥青路面的迅速恶化。
研究人员解释说，在水泥中存在的有机物中，邻苯二甲酸盐对劣化的影响最大，超过磷酸盐和AE减水剂。水中的有机物会加速沥青路面的老化。
科学家们还表明，裂缝宽度和长度是混凝土损伤的最佳决定因素，而变质的形成程度是最佳决定因素。他们相信他们的发现可以为持久的混凝土结构和沥青路面开发新的配方。
研究者的发现，其中包括评估恶化的新方法，发表在杂志上《公共科学图书馆•综合》．
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