近日，OB体育桥梁工程安全与韧性全国重点实验室在水泥基材料长期耐久与跨尺度性能研究方面取得新进展。北工大朱效宏研究员（第一作者/通讯作者）联合美国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室、伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校、密歇根大学安娜堡分校以及意大利文化部（Ministero della Cultura）等国内外科研机构，揭示了古罗马混凝土历经近两千年仍保持优异耐久性的新机制。相关成果以“Mineralized carbonates contribute to the millennial durability of Roman concrete”为题发表于国际综合性学术期刊《Science Advances》。

此次研究是北工大桥梁工程安全与韧性全国重点实验室在水泥基材料低碳化、细微观结构及长期耐久等方向持续研究的重要成果之一。相关研究为认识桥梁及重大基础设施韧性的材料科学基础、发展低碳高韧性工程材料和提升基础设施长期服役安全提供新的研究思路。

论文原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb0754

从材料细微观机制出发

服务桥梁韧性与长期安全

水泥基材料是桥梁等重大基础设施最主要的工程材料之一。材料内部的微结构演化、损伤萌生与裂纹扩展，是影响桥梁耐久性、可靠性和长期韧性的重要基础。面向桥梁工程安全与韧性需求，实验室持续开展低碳水泥混凝土、细微观结构与力学、跨尺度随机断裂及长期耐久机制研究，逐步形成了从“材料组成与微结构损伤裂化”到“耐久与韧性、结构长期安全”的跨尺度研究链条。

围绕基础设施低碳化与高性能协同，实验室开展水泥基材料低碳化与耐久性研究，从水化产物、孔隙结构和界面特征等细微观尺度认识材料组成与宏观性能之间的内在联系；进一步结合细微观力学、随机断裂和跨尺度模拟，揭示水泥基材料强度形成、微裂纹萌生扩展及能量耗散机制，为高韧性、长寿命水泥基材料设计提供理论基础。

从古代混凝土的千年耐久

到现代材料的韧性调控

从古代混凝土的千年耐久，到现代水泥基材料的低碳设计、细微观力学、随机断裂与韧性调控，桥梁全重实验室相关研究逐步形成贯通“低碳-耐久-韧性”的材料研究主线：以低碳材料支撑基础设施可持续发展，以细微观断裂认识材料韧性的起源，以千年耐久探索长寿命的科学机制，最终服务于桥梁及重大基础设施的低碳、长寿命与高韧性。

历史混凝土经历了数百乃至数千年的真实环境作用，为认识水泥基材料超长期性能演化提供了独特的“天然实验室”。

此次发表于《Science Advances》的研究以意大利哈德良离宫（Hadrian's Villa，联合国文化遗产）近两千年前的古罗马混凝土为研究对象。研究团队综合先进材料表征和多尺度分析发现，大气二氧化碳在长期服役过程中参与材料内部矿化反应，形成稳定的碳酸盐矿物；这些矿物在孔隙、界面及微裂纹区域的长期形成与演化，对材料致密化和长期耐久性能保持具有重要贡献。

研究进一步表明，长期环境作用并不一定意味着材料性能的单向劣化。在特定材料体系中，环境介质与材料内部组分的持续反应可能产生有益的矿物演化，为材料长期稳定提供新的机制。

这一发现进一步丰富了对古罗马混凝土千年耐久机制的认识，也为现代工程材料设计提供了新的启示：通过合理调控材料组成和细微观结构，有望利用有益的长期矿化过程，为发展兼具低碳、高耐久与高韧性的下一代水泥基材料提供新的科学思路。

这一研究思路将材料尺度的基础科学问题与桥梁结构长期服役安全相衔接，为桥梁材料性能退化机理识别、高韧性材料设计及基础设施全寿命性能提升提供材料科学支撑。

获《Science》新闻推介

研究成果引发国际广泛关注

论文发表于《Science Advances》后迅速受到国际学术界和公众媒体关注。

值得关注的是，研究成果近期进一步获《Science》科学资讯栏目ScienceAdviser新闻推介。ScienceAdviser以“Roman concrete yields its durability secrets”为题，向国际科学界介绍了该研究关于古罗马混凝土长期耐久机制的新发现。

与此同时，研究成果持续获得国际媒体广泛关注。论文上线后获全球30余家国际媒体报道，传播范围覆盖北美、欧洲、亚洲和南美洲，涉及英语、法语、德语、西班牙语、葡萄牙语、日语等多个语种。Smithsonian Magazine、ScienceAlert、Science&Vie、Spektrum、Clarín、Superinteressante、GIGAZINE等国际科学及主流媒体先后对研究成果进行了报道；英国主流媒体《The Guardian》亦已对研究团队开展专题采访。

《Science》新闻推介链接：

https://www.science.org/content/article/scienceadviser-roman-concrete-yields-its-durability-secrets

实验室介绍

桥梁工程安全与韧性全国重点实验室于2023年4月获科技部批准建设，由招商局重庆交通科研设计院有限公司牵头，湖南大学、OB体育共同建设，中国工程院院士、OB体育杜修力教授担任实验室主任。实验室面向交通强国等国家重大战略需求，聚焦交通基础设施安全与韧性重大科学与技术问题，开展桥梁结构动力安全、性能提升及智能检测监测等应用基础研究和关键技术研发。实验室于2023年9?启动建设，现有固定科研?员63?，45岁以下?年科研?员占?达到75%，正?级职称科研?员占?达到47%。评估期内牵头承担多项国家自然基金重大项目、重点项目、国家重点研发计划项目，获北京市科学进步一等奖等多项省部级奖励。

第一作者

朱效宏

OB体育研究员

主要研究方向聚焦于水泥混凝土低碳化路径、水泥凝胶结构及历史混凝土研究，与利兹大学Ian G. Richardson教授首次表征研究了约瑟夫·阿斯普丁1824年原始波特兰水泥（英国韦克菲尔德）及威廉·阿斯普丁历史水泥（英国希尔内斯）已写入水泥化学教材（Cement Chemistry）、与加州大学伯克利分校Paulo J.M. Monteiro院士首次表征研究了哈德良离宫（意大利蒂沃利）、圣索菲亚大教堂混凝土（土耳其伊斯坦布尔）等世界级文化遗产。主持国家自然科学基金2项，共同主持香港研究影响基金(RIF)及美国国家自然科学基金(NSF)各1项。在Science Advances, Nature Reviews Clean Technology, Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, Cement and Concrete Research等国际知名期刊以第一作者或通讯作者发表学术论文60余篇，编辑出版低碳混凝土学术专著2部。受邀担任多本期刊的青年编委及特邀编辑，同时担任40余本国际学术期刊的审稿专家、Elsevier及RSC出版社专著出版评审专家。

久久为功，锲而不舍

面向世界科技前沿与国家重大需求

北工大人

在关键核心技术领域持续深耕

以更多原创性突破

为科技强国建设贡献更大力量