【核心發現】中國工程院團隊最新研究揭示，三峽大壩混凝土歷經17年自然考驗仍保持優異性能，其核心秘密在于特殊的“中熱水泥+粉煤灰”配方形成的致密微觀結構。這項發表于《Engineering》的研究首次通過鉆芯樣本證實，這種材料組合使混凝土內部形成無縫的納米級凝膠網絡，但暴露在自然環境中的表層仍會逐漸退化，為全球超大型水利工程材料設計提供了關鍵數據。

一、世界級工程的“細胞級體檢”
在長江三峽大壩建成20周年之際，中國長江科學院聯合武漢大學的研究團隊完成了一項史無前例的“材料追蹤實驗”。他們對比了實驗室模擬養護17年的混凝土與實際工程鉆取的芯樣，通過電子顯微鏡、X射線衍射等尖端技術，首次在納米尺度揭示了三峽混凝土的耐久性秘密。

研究發現，采用中熱水泥（含4.12%氧化鎂）與20%-40%粉煤灰的特殊配方，混凝土內部形成了均勻致密的鈣（鋁）硅酸鹽水合物凝膠（C-(A)-S-H）。這種納米級凝膠如同數萬億塊微型磚石，將花崗巖骨料無縫粘合，完全消除了傳統混凝土中常見的薄弱界面過渡區。實驗數據顯示，即使經過10年自然暴露，混凝土抗壓強度仍持續增長，氯離子滲透系數低至2.7×10?? cm/h，達到核電站安全殼級別。

二、微觀世界的“三重防護體系”

  1. 熱控防線：中熱水泥的鎂元素與粉煤灰中的活性硅鋁成分發生“緩釋反應”，將水化熱峰值降低30%以上，從根本上預防了大體積混凝土的溫度裂縫。
  2. 結構防線：粉煤灰顆粒在17年間持續參與水化，生成的納米凝膠填補了99%的毛細孔，孔隙率穩定在5.8%-8.0%，比普通混凝土致密3倍。
  3. 環境防線：自然養護形成的碳酸鹽外殼雖導致表面50μm微結構松散，但內部30mm深度仍保持完整凝膠網絡，有效抵御了長江水流的離子侵蝕。

三、顛覆認知的“時間效應”
研究打破了“混凝土強度隨齡期衰減”的傳統認知：

  • 標準養護試塊10年間抗壓強度持續增長，0.35水膠比混凝土最終強度達79.4MPa，超過設計值30%
  • 自然暴露試塊在經歷200次凍融循環后，動態彈性模量仍保持74.97%，質量損失不足1%
  • 鉆芯樣本顯示，大壩主體結構混凝土碳化深度10年僅6.5mm，年碳化系數0.65mm/√a，僅為普通建筑的1/3

“這就像給混凝土裝上了生物鐘”，論文通訊作者呂晨解釋道，“粉煤灰的持續水化作用讓材料‘逆生長’，17年后仍有46%的粉煤灰顆粒在持續反應。”

四、工程啟示與生態價值

  1. 材料革命：每立方米混凝土減少80kg水泥用量，三峽工程累計減排CO?超200萬噸，相當于再造5.6萬公頃森林
  2. 安全預警：表層50-100μm的微孔結構退化提示，未來需加強大壩迎水面防護，但主體結構壽命預估可達150年
  3. 全球樣本：該配方已應用于白鶴灘水電站，為青藏高原等極端環境下的超級工程提供技術范本

研究團隊特別指出，當前全球78%的水利工程仍在使用普通硅酸鹽水泥，若推廣三峽配方，可使大壩混凝土全壽命周期維護成本降低40%。這項歷時17年的追蹤研究不僅解開了“三峽混凝土長壽之謎”，更為人類應對氣候變化背景下的巨型工程建設樹立了新標桿。正如國際混凝土學會主席評價：“這是材料科學與大工程實踐的完美聯姻，重新定義了21世紀水利工程的安全標準。”

來源: Engineering