公益慈善北京中科在行动 http://baijiahao.baidu.com/s?id=1700353303318890248&wfr=spider&for=pc水泥最早是在年被英国约瑟夫·阿斯普丁所发明，在那之前，人类并没有水泥的概念，那个时候的建筑物一般都是使用木头或者泥土来进行建造，不过在古罗马时期，人们已经会使用火山灰和石灰加水来作为建筑的粘合剂，这样能让建筑物变得更加坚硬，但那个时候的人们并不知道其中的原因。只是后来的约瑟夫·阿斯普丁通过研究发现：石灰、黏土和矿渣按照一定的比例混合并进行煅烧，经过煅烧之后的产物磨细后通过加水便能够直接硬化，强度很大，能与英国波特兰岛上的天然石材相媲美，于是人们又称之为“波特兰水泥”。古罗马建筑遗址在年英国约瑟夫·阿斯普丁发明了水泥之后并申请了专利，水泥才被大批量的开始使用，目前仅我国每年水泥的产量就近二十亿吨，需求量十分巨大。水泥可以说是对人类最大贡献的发明之一。那么为什么水泥一加水就会神奇地变硬呢？我们先来了解这个问题。水泥制造以及硬化原理水泥制造常见的水泥一般都是硅酸盐水泥，制造这类水泥的原料主要是石灰石、黏土和细砂，石灰石主要是提供碳酸钙，而黏土和细砂可以提供水泥中所需的硅。为了节省时间和运输成本，水泥厂一般会直接建在露天开采的石灰石矿场旁。石灰石会使用爆破技术进行开采，开采出来的都是巨大的石块，因此还需要使用破碎机进行破碎，破碎后的石灰水将会按一定的比例和黏土砂石等物质混合，并一同磨细，进行煅烧，内部温度可高达℃。煅烧过程是水泥形成的关键，通过煅烧，这些混合原料会发生一系列化学反应，形成一类加水即可硬化的胶凝材料。在煅烧过程中，石灰石中的碳酸钙会发生分解，生成氧化钙，氧化钙与氧化硅之间又会继续反应，生成硅酸钙，硅酸钙分为硅酸二钙和硅酸三钙，这两种物质是水泥能够硬化的核心成分。反应之后的产物会再次磨细，颗粒越细，在之后加入水时，水化反应将会越充分，那么凝结之后的强度就会越高。硬化原理煅烧之后的产物我们就称为水泥熟料，水泥熟料在加入水后，其中的硅酸钙就会与水发生反应生成水化硅酸钙和氢氧化钙，这两种物质的生成就是水泥加水能够硬化过程中强度形成的原因。水化硅酸钙和氢氧化钙会依靠氢键和分子之间的作用力紧密结合在一起，并且这些产物在生成过程中会不断的生长，形成的长链结构会相互交织在一起，我们可以将它们想像从颗粒中延伸出来的无数条细针，这些细针相互穿插，相互交织，于是形成了很高强度的固化材料，这就是水泥为什么加水后搅拌就能够硬化的原因。那么硬化后形成的混凝土寿命真的只有传说中的五十年吗？混凝土的寿命真的只有五十年？实际上不考虑外界环境而单独的去讨论水泥的寿命有多长是没有意义的，固化的水泥能使用多久与它实际所处的环境息息相关，就好像铁在潮湿的地方容易生锈很快就被腐蚀掉，而在干燥的空气中则能长时间不被氧化，在这种环境下，铁的寿命可能是潮湿环境下的几十倍。两千多年前的水泥建筑现在依旧保留着水泥虽然在年才正式诞生，但人类使用这种具有水活性的物质已经有了几千年的历史，公元前一百多年前的古罗马已经开始使用火山灰加水作为建筑粘接剂，只是那个时候人们并不知道这些东西到底是什么成分，又是怎么形成的。以我们现在的角度来看，很容易就能明白为什么火山灰具有这种性质，这是因为火山灰同样的经过了高温煅烧过程，让矿物发生分解和化合反应，产生了加水便能够固化的硅酸钙、铝酸钙等物质，这些硅铝酸盐加水后发生水化反应于是能够凝结。这些固化产物与我们现在所使用的水泥实际成分类似，只是那个时候并没有将它科学化、系统化的进行研究，也就没有水泥的批量化生产和大规模的使用，但这些建筑我们现在可以作为一种参考，例如古罗马的万神庙至今已经过去了两千多年还保存完好。正常情况下，混凝土的寿命远大于设计年限不过目前国家按照不同使用标准对混凝土使用年限做了一定的规定，普通建筑物的设计使用年限为五十年，而特别重要的建筑设计年限为一百年。但这并不表示过了这个时候，水泥就不具有强度了，这只是一个最低设计标准，追踪混凝土的使用年限一般会远大于这个时间。混凝土寿命的长短关键是看是否被腐蚀，这其中就有很多因素会影响水泥的寿命，例如由温度变化、外界酸碱性变化、盐溶液的腐蚀等等。常见的比如盐溶液中的氯离子会严重影响混凝土的性能，由于氯离子会与混凝土中的氢氧根离子发生交换，从而使混凝土结构发生溶解而坍塌，因此浸泡在海水中的建筑很容易被腐蚀掉，一般这些地方需要使用特种水泥材料或者使用一些防护措施来减少腐蚀从而增加使用寿命。而我们居家的环境显然没有这么恶劣，正常的雨水冲刷或温度变化对它们的影响并不会太大。例如美国上世纪的高层建筑——帝国大厦，竣工于年4月11日，曾是世界上最高的建筑物，至今已经过去了近九十年，现在依旧是纽约的标志性建筑之一，现在来看，帝国大厦依旧是那么的坚挺。所以说，混凝土在正常环境下使用五十年完全不在话下，除非遇上极端的情况，比如天灾（洪灾、地震等剧烈破坏性因素），因此我们完全不必担心五十年后质量是否会严重下降，房子还能不能住等问题，现在的钢筋混凝土结构强度足够大，寿命能够轻松超过百年，百年以后的事，可就不用我们过多操心了。参考文件：《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB-）
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