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科学家揭开混凝土徐变之谜

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来源: 作者: 2019-05-17 01:45:27

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混凝土无处不在,而这要归功于其作为建筑材料所具有的强度。不过,尽管拥有很好的强度,但它表现出一种致命却又不可避免的徐变趋势,或者说在机械应力下逐渐变形的趋势。这会导致桥梁坍塌、道路破裂。虽然这同基础设施的安全存在明显关联,但该机制的物理学起源尚不明确,甚至存在科学上的争议。

“于是,工程师会利用经验模型估测徐变。不过,这些模型通常对徐变行为的预测欠佳。”美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)土木和环境工程学院助理教授Gaurav Sant介绍说,“通过统一试验和计算数据,我们明确了徐变源自一个在水化硅酸钙(C-S-H)颗粒的纳米尺度接触区域发挥作用的溶解—沉淀过程。”

近日,Sant和包括UCLA助理教授Mathieu Bauchy在内的同事在美国物理联合会出版公司下属《化学物理学报》上描述了他们的工作。研究人员发现,将水泥浆结合在一起的黏结相——水化硅酸钙常常在高应力区域溶解,然后在低应力区域重新沉淀。这同被称为“平衡定律”的原理相一致。

“由于这种溶解—沉淀行动,一种肉眼可见且依赖时间的‘徐变’变形便表现出来。”Sant表示,溶解—沉淀进程的概念对地质学家来说并不陌生——它的影响会导致地球地壳的变形,而这是首次证实其同混凝土存在关联。

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工作包括发明了在纳米尺度上丈量矿物质溶解率的垂直扫描干涉测量方法,系统评估了水化硅酸钙的粘弹特性,并且提出了模拟无序固体处于压力下的长时间松弛的方法。这些发现使研究人员得以综合分析并分离出在混凝土徐变进程中发挥作用的变量。

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