走过这座都市的每一个角落,看着车水马龙,灯红酒绿,自己不禁为人类的科技进步而感叹。路过一处工地,那里的工人正在热火朝天地干活。这可真是无巧不成书呢,恰好昨晚我品读了《迷人的材料》第三章,而在书中,作者向我们介绍了无机非金属材料中混凝土的发展历程。
混凝土建筑接下来几年,我常在家门口看着这栋摩天大楼缓缓升起。它让我见到许多令人震撼的景象与工程奇迹,不过更让我对混凝土了解得无比透彻。一次为了购买面包的偶然外出,作者发现以前的伦敦南华克大楼不见了,工地上贴的告示告诉他,这里将要建成欧洲第一高楼——碎片大厦,在作者一顿不必要的担心后,这件事反而引起了它对混凝土材料的兴趣。本书的第三章一共分为5节:“混凝土要多久才会干”、“加水多少是关键”、“园艺家发明钢筋混凝土”、“施工迅速且便宜的建材”以及“必得隐形,不能示人”。通过自己的感受与思考,作者用浅显易懂的知识向我们介绍了混凝土的组成、加工工艺、应用及其发展现状。“你觉得混凝土要多久才干?”旁边一个出来遛狗的男士问我。我们一起站在围篱的观察窗边往工地看。“谁知道?”我撒了谎。在第一节中,作者首先向我们介绍了混凝土原料——水泥的由来,并讨论了其形成机理。作者指出,首先将富含碳酸钙的石灰石与富含硅酸盐的岩石在℃的条件下煅烧,利用高温使得两者发生反应,辅以富含铝和铁的矿石作为点石成金的材料,让它们的化学键经过断裂而后重组,冷却降温最终形成“硅酸钙家族”。这种丝滑的灰白色的粉末便是我们常见的水泥。向粉末中加入水,粉末会迅速地将水吸收进而形成凝胶,凝胶内含有大量的水合碳酸钙原纤维,伴随着化学反应,这些纤维会不断地吸水生长,直到凝胶完全变化成混凝土固体为止。
水泥硅酸钙纤维增长图接下来的第二节中,作者以年的海地地震以及美国肯尼迪机场混凝土检测工程师两个例子向我们讲述了影响混凝土质量的因素,在书中尤其强调,加水的比例必须要适宜,过多和过少都会影响到混凝土的强度。进一步地,作者向我们介绍了现代混凝土的前身——古罗马混凝土,这种混凝土来自于数百万年来接收了大量的岩浆、火山灰与浮石的Pozzuoli。而这种混凝土的使用,缔造了古代罗马帝国的盛世文明,例如现存最大的无钢筋混凝土圆顶建筑——罗马万神殿的穹顶。
罗马万神殿万神殿没有因为罗马帝国衰亡而颓圯,但混凝土却销声匿迹了。然而,作者却提到了一个很有意思的现象,混凝土技术在今后的一千年里都没有发展,作者猜想原因是古罗马混凝土有一个致命的缺陷——它是一种脆性断裂材料,不能承受过大的弯曲载荷,只要有一点点地裂缝,那么由古罗马混凝土制成的结构就会四分八裂。不过,这个问题在欧洲第一次工业革命中,得到了顺利地解决。
只要造访全球许多发展中国家,我们就会发现数以百万计的穷人住在用泥巴、木材或金属波浪板搭成的棚屋里。这些房子经不起风吹雨打,而且日晒时非常炎热,下雨又会漏水或坍塌,时常遭暴风吹垮、洪水冲走。
书中第三节指出,一名叫莫尼耶的巴黎园艺家为了解决自己混凝土花盆皲裂的问题,向混凝土的结构中加入了钢圈,殊不知这个巧合的举动促成了现代钢筋混凝土的雏形。更巧的是,钢不仅仅能与混凝土完美结合,这两种材料的热膨胀系数也是相近的,这样一方面增强了混凝土的抗拉强度,另一方面也避免了高温下两者的形变量不一致而出现断裂的现象。正是莫尼耶无意间的奇思妙想,人类逐渐跨入了钢筋混凝土复合材料的时代。
钢筋混凝土施工现场不过,混凝土还可能遇到一个更严重的威胁,就是大量的水渗入混凝土,开始侵蚀钢筋,导致铁锈在混凝土内部扩散,造成更多裂隙,破坏整个钢筋结构。
但是又一个令人头疼的问题出现了,书中第四节指出,由于混凝土本身具有很强的吸水性,水、氧气与钢筋反应,时间一久就会导致钢筋生锈而造成强度下降,严重的甚至会引起建筑的开裂甚至倒塌。为了解决上述问题,作者在书中提到了近期一些新兴技术,例如利用巴氏芽孢杆菌(B.pasteurii)的细菌会分泌方解石的原理所开发的自愈合混凝土,再如含有天然细菌的透水混凝土,以及一种称为水泥帆布的混凝土布料。
自修复混凝土书中的最后一节涉及到建筑物的美观和环保问题,人们觉得混凝土暴露在外会引起强烈的不适感,觉得这种建筑物十分丑陋,并且很容易被污染。于是作者在“必得隐形,不能示人”的一节中,介绍了一种加入二氧化钛粒子的自清洁混凝土,二氧化钛的粒子在紫外线下分解产生自由基,自由基可以有效分解混凝土表面粘上的污垢,同时,由于粒子的多孔效应,还可以吸附每日城市中产生的氮氧化合物,这个发明一举两得,真无愧“神来之笔”的称号。
从曾经的稻草泥巴房子,到密密麻麻的高楼大厦,几代人的记忆见证了建筑材料的替换。看着人们居住的楼房,看着车水马龙的桥梁,看着江河上的大坝……如今,混凝土结构已经渗透到了人类生活的方方面面。而混凝土的发现依然来自于意外。其实,生活中的每一个不经意的发现,每一个不起眼的想法,都有可能成为影响人类发展进程的重要因素。当技术积累到一个新的高度时,必然会出现一种新的需求,它将引领材料的演变。那么,我们下一代的建筑材料又会是怎样的呢?