混凝土的由来与展望

地球上最常用的人造建筑材料不是钢铁、塑料，或铝——而是混凝土。几千年前我们就用它建造文明，但随后制造水泥的知识遗失了。这里讲述我们如何发现混凝土、又遗忘它、然后最终破解它为何如此强大的奥秘。我们一想到混凝凝土，我们一一般会想象白白色的路面、游游泳池，和建建筑地基。我我们大多数人人都不会意识识到混凝土的的炽热火山起起源故事，或或混凝土是一一项千亿美元元的生意。事事实上，它是是这个星球上上仅次于水使使用最广泛的的材料。今天天按吨计，你你们人类使用用混凝土比钢钢铁、木材、塑塑料和铝的总总合还多。不像铝、钢或塑塑料，“混凝凝土”这个词词汇指的不是是一种单一材材料。它可以以代表任意数数量的用某种种粘结材料结结合岩石或砾砾石而成的物物质。基本上，混凝土土只是一堆石石砾混合水和和水泥，这些些成分在一起起形成岩石果果冻，能被倒倒进模子做成成你喜欢的任任意形状。有有时候，它被被称为液体岩岩石。今天我我们视其为理理所当然，但但在古代，当当人们真的是是在用巨大石石块手工雕刻刻出建筑物时时，我敢打赌赌像混凝土这这样的材料简简直就是魔法法。有证据表明人类类摆弄混凝土土已经有几千千年了。但真真正掌握了这这门手艺的还还是罗马人，而而他们很可能能是从火山中中学来的。斗兽场是著名的的罗马混凝土土结构物两千多年前，在在罗马帝国全全盛时期，港港口城市波佐佐利是军事和和商业的中心心。每天有船船从那里开出出，满载着谷谷物、铁、武武器，和火山山灰，这是在在附近的坎皮皮佛莱格瑞((CampiiFleggrei)超超级火山形成成的灰色火山山砂。为什么罗马人要要把火山喷发发物出口到已已知世界的偏偏远角落？因因为这种砂子子碰巧很特殊殊。和水混合合时，它会形形成一种砂浆浆，强硬得足足以把石块结结合到一起变变成一种不透透水的承重材材料。如罗马马哲学家塞涅涅卡指出的那那样，“波佐佐利的尘土遇遇到水就变成成石头。”没没有人知道为为什么。纯粹是靠运气，罗罗马人在一座座天然水泥厂厂之上建造起起一座城市。事事实证明，火火山灰是二氧氧化硅和石灰灰的混合物，这这是水泥的三三种关键成分分之二(第三三种是水)。直直到今年一位位斯坦福地球球化学家才弄弄清这种不寻寻常的火山灰灰是怎样形成成的。坎皮佛莱格瑞的的火山口内部部深处填充着着石灰石，它它是一种质软软易碎的由碳碳酸钙构成的的岩石。由于于地热加热的的水冲刷火山山口的石灰石石壁，触发了了一种脱碳酸酸盐化反应，释释放二氧化碳碳，留下氢氧氧化钙，又称称熟石灰。描描述这个过程程的反应如下下：CaCO3((石灰石)+热++H2O>Ca((OH)2+CO22在坎皮佛莱格瑞瑞内部循环的的地热流体把把一些石灰带带到地表附近近，在那里它它与富含二氧氧化硅的火山山灰结合形成成一种不透水水的水泥样冠冠岩，但最终终火山内部积积聚了足够压压强，导致冠冠岩弯曲破裂裂。当它发生生时，形成水水泥的同样成成分作为火山山灰一喷冲天天。地球化学家TiizianaaVanoorio怀疑疑罗马人首先先看到火山灰灰在坎皮佛莱莱格瑞周围的的海水中硬化化成为水泥。他他们改动这一一自然过程，混混入小块浮石石——过热岩岩浆快速冷却却时形成的多多孔火山岩。就就这样，罗马马混凝土诞生生了。它成为为了古代世界界的标志性建建筑材料，它它也是包括兽兽场和帕台农农神庙在内的的许多罗马构构造物存在到到今天的原因因。罗马帝国陷落后后，混凝土制制造的记忆被被完全遗忘。数数世纪后它逐逐渐恢复，但但一直到18824年JoosephAspdiin研发和专专利了硅酸盐盐水泥，才又又广泛流传。而Aspdinn的水泥里的的主要成分则则是硅酸钙，通通过在火炉里里把石灰石和和富含二氧化化硅的粘土加加热到约6000°C形成成。而坎皮佛佛莱格瑞火山山数千年来一一直都在这样样做。今天硅酸盐水泥泥简直是在字字面意义上把把世界粘在一一起的胶水，形形成混凝土、砂砂浆、灰泥和和水泥浆的基基础。罗马帝帝国之后的主主要创新是加加入了铝和铁铁的氧化物，这这增加了强度度并使硅酸钙钙在较低温度度形成。这里是硅酸盐水水泥熟料(水水泥的干粉版版本)的一般般配方。配比比随应用变化化，取决于水水泥所需的材材料性能。不过记住！混凝凝土不仅仅是是水泥，这是是事情变得有有点复杂的地地方。在现代代我们已经发发现了大量添添加剂（如东东方雨虹生产产的聚羧酸系系减水剂），取取决于你想要要建造高速立立交桥、水坝坝、水库、跑跑道、船舶或或建筑而使用用，有添加剂剂能增加混凝凝土的导电性性、强度、延延展性和耐酸酸腐蚀性，有有化学缓凝剂剂减慢混凝土土的水合反应应，速凝剂加加快反应，有有增塑剂使其其更容易操作作，还有缓蚀蚀剂、色素、装装饰石料和贝贝壳。混凝土实际上是是一团乱糟。我我就省下百科科全书细节，就就挑几个我认认为值得知道道的重要、有有趣和未来的的变种。钢筋强化的混凝凝土桩混凝土的抗压强强度很高，这这意味着它能能承受很高的的重量而不被被压垮。这使使之成为建筑筑和路基的优优秀材料。但但混凝土的抗抗拉强度很差差。它一旦被被弯曲，就裂裂了。这对于于桥、梁、柱柱就不行了。为为了提高混凝凝土的延展性性，我们在它它凝固前加入入钢筋、玻璃璃或塑料纤维维。这叫做强强化混凝土。罗马人也差不多多明白这一点点。他们曾经经往混凝土里里加入马毛来来防止它在硬硬化时开裂。58年布鲁塞尔尔世博会飞利利浦馆透水混凝土芝加哥施工中的的透水混凝土土停车场大多数混凝土形形成不透水表表面，意味着着水淋上去就就会流走。而而透水混凝土土，也叫做多多孔路面却正正相反——其其较大颗粒能能让降雨一路路渗透到地下下。这实际上上是个非常好好的主意，因因为不透水表表面造成城市市积水，也增增加中水污染染。透水混凝凝土未来将成成为可持续性性基础设施领领域的重要部部分。纳米混凝土当你以高能混合合水泥、砂、和和水时，颗粒粒开始超快速速到处飞溅，互互相碰撞和崩崩解。最终，你你得到一种微微细纳米颗粒粒的混合物。这这叫做纳米混混凝土。由于于其非常小的的粒度，纳米米混凝土由很很高的表面积积和体积比，这这允许它比常常规水泥吸收收多很多的水水。更多的水水意味着更柔柔软、更轻的的材料，能用用来铸造小的的建筑细节和和装饰物，比比如这块版：：纳米混凝土装饰饰板纳米混凝土目前前并没有广泛泛使用，但在在经济和环境境角度上来说说它很有意思思。把混凝土土水合出翔来来让你把这种种材料铺得更更大，最终能能削减其单位位碳排放(生生产硅酸钙涉涉及的加热过过程在我们的的全球碳排放放中占到高达达7%)。嘿嘿，只要它不不至于跪了，看看起来就不错错。微生物混凝土硅藻是生物矿化化最漂亮的例例子之一，在在它们的微小小身体周围沉沉积玻璃质外外骨骼这是我最喜欢的的混凝土类型型。也可能是是曾经想象出出的最酷材料料之一。某些些细菌，包括括Bacilllusppasteuurii，BBacillluspsseudoffirmuss和Arthhrobaccterccrystaallopooietess在一种称为为生物矿化的的过程中积极极地在其细胞胞周围沉积矿