引言：混凝土的“超級配方”
作為世界上最大的水電站，三峽大壩自1994年開建以來，其2600萬立方米混凝土的耐久性一直是工程界關(guān)注的焦點。近期，東南大學(xué)與中國三峽集團聯(lián)合團隊在《工程》期刊發(fā)表的研究成果揭示了這一“超級混凝土”的奧秘——中熱水泥與粉煤灰的黃金組合，使得三峽大壩混凝土在經(jīng)歷17年自然暴露后，依然展現(xiàn)出卓越的力學(xué)性能和抗環(huán)境侵蝕能力。這項研究不僅解開了混凝土長期耐久性的密碼，也為未來巨型水利工程的材料設(shè)計提供了科學(xué)范本。

為何要研究混凝土的“17年之變”？

傳統(tǒng)混凝土性能研究多依賴實驗室加速實驗，例如高壓碳化、凍融循環(huán)等。然而，實際工程中的混凝土常年暴露于復(fù)雜環(huán)境：長江水流的沖刷、干濕交替、微量離子侵蝕，以及氣候溫差變化。這些因素在實驗室中難以完全模擬。
研究團隊另辟蹊徑，通過兩個維度展開分析：

1. 實驗室混凝土：模擬三峽環(huán)境，對六類不同配比的混凝土進行長達10年的性能追蹤，并保存至17年分析微觀結(jié)構(gòu)；
2. 實際混凝土芯樣：從大壩不同部位鉆取17年服役的芯樣，對比其與實驗室樣本的差異。
   這種“虛實結(jié)合”的方法，首次完整揭示了混凝土從實驗室到實際工程的長期演化規(guī)律。

中熱水泥+粉煤灰：微觀致密的“化學(xué)魔術(shù)”

研究顯示，三峽混凝土的卓越性能源于其獨特的材料配比：

• 中熱水泥（MHC）：通過降低熟料中高放熱礦物（如C3S、C3A）的含量，減少水化熱，防止大體積混凝土因溫差開裂。其鎂氧（MgO）含量達4%-5%，可補償混凝土的長期收縮變形。
• 粉煤灰（FA）：摻量高達20%-40%，發(fā)揮雙重作用：
  • 物理填充：微米級球形顆粒填充水泥顆粒間隙，減少孔隙；
  • 化學(xué)激活：通過火山灰反應(yīng)，與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣（CH）反應(yīng)，生成更多鈣（鋁）硅酸鹽水合物（C-(A)-S-H）凝膠，進一步密實結(jié)構(gòu)。

微觀成像顯示：17年后，粉煤灰顆粒幾乎被凝膠包裹，水泥熟料完全水化，孔隙率低至5.8%-8.0%，且無明顯的“薄弱界面過渡區(qū)”。這種均質(zhì)結(jié)構(gòu)如同緊密堆砌的磚墻，有效阻擋水分和有害離子滲透。

性能數(shù)據(jù)：抗壓翻倍，抗?jié)B堪比“銅墻鐵壁”

• 力學(xué)性能：實驗室混凝土抗壓強度隨齡期持續(xù)增長，10年后達40-79 MPa（兆帕），比28天強度提升超50%；高粉煤灰（40%）混凝土即便水膠比（w/b）為0.55，強度仍突破50 MPa，打破“高摻粉煤灰必犧牲強度”的固有認知。
• 抗?jié)B性：氯離子擴散系數(shù)低至100-300庫侖（ASTM標準“極低滲透”等級），相當于在混凝土內(nèi)部筑起“分子篩”，有效隔絕侵蝕介質(zhì)。
• 抗凍性：雖自然養(yǎng)護導(dǎo)致抗凍性下降，但經(jīng)歷50次凍融循環(huán)后，相對動彈性模量仍高于60%，殘余強度滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

隱憂與啟示：表面的“歲月痕跡”

盡管整體性能優(yōu)異，實際鉆取芯樣暴露的問題不容忽視：

• 表層退化：長期接觸水流的混凝土表面孔隙率增至8%-12%，局部出現(xiàn)松散結(jié)構(gòu)。掃描電鏡顯示，鈣礬石（AFt）轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣（AFm），碳酸鹽沉積導(dǎo)致毛細孔粗化。
• 環(huán)境侵蝕：長江水中的微量鎂、硫酸根離子持續(xù)溶解混凝土中的氫氧化鈣，引發(fā)緩慢“鈣浸出”。

對此，研究團隊建議：未來需重點監(jiān)測大壩表面混凝土的微觀劣化，并研發(fā)表面防護涂層，以應(yīng)對百年服役的挑戰(zhàn)。

結(jié)論：超級混凝土的“中國方案”

三峽大壩混凝土的17年驗證，不僅證明了中熱水泥與粉煤灰協(xié)同效應(yīng)的科學(xué)性，更顛覆了傳統(tǒng)混凝土設(shè)計理念：

• 高粉煤灰≠低性能：30%摻量是優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)與抗?jié)B性的關(guān)鍵閾值；
• 長期養(yǎng)護≠絕對安全：自然暴露導(dǎo)致的表層劣化需納入全生命周期管理。

這項研究為全球水利工程提供了“中國樣板”——在低碳（粉煤灰利用減少碳排放）與高性能之間找到平衡，讓“混凝土巨人”真正經(jīng)得起時間考驗。未來，團隊計劃對三峽混凝土展開更長期的跟蹤，解碼其“百年耐久”的終極密碼。