小微粒粘出大世界


文章出自:博物 2008年第06期 作者: 关金龙 

标签: 建筑文明   

现代的城市就是钢筋水泥的森林,华丽的外衣和新颖的造型,让人们感叹高超的建筑手段,其实这些楼宇都是由各种建材的粉末“粘”出来的。细粉一样的水泥却能支撑起耸立的大楼;填补宽阔大路的黑色胶块,就像皮肤一样保护着路面;流行的建筑浮雕不再用石头来雕刻……经由各种玄妙的变化,这些貌似平凡的小微粒“粘”出了我们精彩的世界。

水泥

建筑业的“粮食”

大约2000年前,古罗马人在建筑工程中使用了一种石灰和火山灰的混合物,它能在水中缓慢地生成坚硬的固体,用来黏结石材,搭建房屋的骨架,这是最早应用的水泥。如今的普通水泥是由石灰石、白垩、黏土等组成的混合物,但应用方法和古罗马人很类似,仍是让水泥在水中硬化,并把砂、石等材料牢固地黏结在一起。水泥被广泛地应用在建筑中的方方面面,被称为“建筑业的粮食”。

水泥的身份
水泥粉末含有多种矿物原料,在显微镜下所呈现的形态就是多种微粒的混合物。
现代的建筑业在水泥中添加了砂石来增加建筑强度,插入钢筋提高它的抗拉伸性,这种做法在遇到地震等自然灾害时,能最大限度避免建筑倒塌或解体。摄影/张超

当水泥粉末与水接触,分散在水中的水泥颗粒与水分子结合形成水合物,这个过程叫做水化反应。水合物的表面形成了膜层,随着水化反应的发展,膜层变厚并且互相连接,使水泥浆逐渐失去流动性,产生凝结。最后转变为有强度的固体。如果在水泥浆没有变成固体之前,加入砂石材料搅拌,就能形成了另一种更为坚硬的建筑材料——混凝土。如果再植入钢筋的话,就是现在建筑上最为坚固的钢筋混凝土了。

石灰

黏合剂的鼻祖

没有石灰,万里长城就不会屹立千年而不倒,因为筑城用的砖都是用石灰和土混合烧制的,夯土也混有一定比例的石灰。石灰是人类最早应用的凝结材料之一,早在公元前8世纪,古希腊人就在建筑中用到石灰,中国也在公元前7世纪开始使用它。化学课上都学到过,石灰是用石灰石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料,经过900℃~1100℃煅烧分解而成。

壮美城墙的悠悠千百年
石灰在使用过程中,最终都形成氢氧化钙。氢氧化钙晶体在空间中呈四面体结构。
古代的先人在修筑长城时,就掌握了用石灰和土混合烧制城砖的技术,这些最原始的砖累叠在一起,筑起一道万里屏障。经过千百年的风化,长城的墙体依旧巍巍屹立,傲视着九州。

石灰还有生熟之分。生石灰就是我们俗称的石灰,其主要成分是氧化钙;熟石灰又叫消石灰,生石灰和适量水混合发生化学反应就生成了它,其主要成分是氢氧化钙。熟石灰颗粒有持续吸收水分子的能力,遇水后形成了一种氢氧化钙胶体(Ca(OH)2·2H2O),在表面吸附一层较厚的水膜,又因为胶体之间吸附共同的水分子,所以发生凝结。

责任编辑 / 郭亦城 

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