▲古罗马最宏伟的混凝土工程:罗马万神殿穹顶。它完工两千年来始终屹立不倒,至今仍是世界上最大的无钢筋混凝土圆顶建筑。
制造工艺
混凝土凝固是相当精巧的化学反应,其中的活性成分为含有碳酸钙的岩石。此外,还需要含硅酸盐的岩石。但不能直接把这些成分磨碎混合后再加水,除非你要的是烂泥巴。为了制造会和水反应的关键成分,必须先断开碳酸钙和硅酸盐的化学键,要做到这一点没那么容易。碳酸钙和硅酸盐的化学键非常稳定,所以关键在加热,而且是高达1450℃的高温。岩石在这样的高温下会开始分裂*,产生一群名为硅酸钙家族的物质。制造混凝土还需要富含铝和铁的矿石作为点石成金的材料,但比例必须正确,降温后才会形成粉末状的水泥。
水泥粉末只要加水就会迅速把水吸收,产生一连串化学反应变成凝胶。水泥胶化是因为水和硅酸钙原纤维。钙和硅酸分子溶解后,会形成极似有机分子的晶体结构(见下图),并且不断生长,化学反应也持续进行,增生的原纤维相遇后会彼此交错,形成键结锁住更多水分,直到水泥从凝胶变为坚硬的固体为止。这些原纤维不仅彼此键结,还会抓住岩石与石子。水泥就这样成了混凝土。
▲固体中的水泥内部的硅酸钙原纤维增生图
材料知识
混凝土要多久才会干?
答案是“混凝土永远不会干,因为水是混凝土的一部分”。混凝土凝固时会和水作用,引发连锁化学反应,在混凝土内部形成复杂的微结构,因此就算里头锁住了许多水分,混凝土的外表不仅看起来干燥,而且实际上还能防水。
▲法国的米约高架桥由钢筋混凝土制成,是世界上最美的桥梁之一
材料故事
会自洁的混凝土
制造自洁净的混凝土的方法是掺入二氧化钛粒子。这些粒子虽然涂抹在表面,但由于粒子极小而且透明,所以外观与一般混凝土建筑完全一样。不过,二氧化钛粒子吸收了阳光中的紫外线后,就会产生自由基离子,能够分解沾上它们的有机污垢,让污垢由风或雨水带走。罗马千禧教堂就是用这种自洁净混凝土兴建的。
▲罗马千禧教堂
3、材料名称
玻璃感官感受透明的
代表事物
玻璃窗、啤酒瓶、汽车风挡发明历史
因为熔化制造玻璃的石英需要高达1200℃的温度,而古人是做不到这一点的。又是智慧的古罗马人,它们反其道而行之,发现了玻璃“助熔剂”——泡碱,一种天然生成的碳酸钠。泡碱让制作玻璃不再需要加热到足以熔化纯石英的温度。于是,这项技艺让罗马人发明了玻璃窗、玻璃镜,而且还能吹制出前所未有的薄壁酒杯。