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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。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 混凝土要多久才会干
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他们首先在地上挖一个大洞。这里说的“大”可是非常大。我每周执行面包采购任务时都会绕到围篱边，从观察窗盯着巨大的机器不停地掘土，越挖越深，仿佛在采矿似的。但他们掘出来的是黏土，是泰晤士河数十万年来留下的淤泥。这些黏土曾经用来制砖、兴建房子和仓库，伦敦就是靠这些淤泥做成的一砖一瓦盖起来的。不过，碎片大厦不会用黏土盖。
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某天，等黏土都清走了，工程人员灌了七百辆车次的混凝土到大洞里，好让地基能支撑住摩天大楼，防止这72层大楼和里面的两万人陷进淤泥中。工程人员用一层层的混凝土填满那个大洞，盖好一个个地下楼层，直到大洞消失，留下混凝土砌成的地底殿堂为止。混凝土缓缓干涸，地基盖得又好又快，速度惊人。非得如此不可，因为基于经费考量，工程人员在地基完成前就已经开始兴建地上物了。
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“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。
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我撒谎是因为不想多聊，结果也如我所愿。撒这种谎是习惯，我生长在伦敦，总需要客气地婉拒陌生人的攀谈。何况我不晓得要是劈头就纠正他，跟他说“混凝土永远不会干，因为水是混凝土的一部分”，他和他的狗会有什么反应。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。
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混凝土凝固是相当精巧的化学反应，其中的活性成分为磨碎的岩石，但不是所有石块都管用。想自制混凝土，岩石必须含有碳酸钙，而碳酸钙是石灰石的主要成分。石灰石是生物体层层埋在地底，经过数百万年地壳运动的高温高压融合而成的物质。此外，制造混凝土还需要含硅酸盐的岩石。硅酸盐是硅氧化合物，地壳将近90％由硅酸盐组成，因此某些黏土应该可用。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。
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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，所以岩石很难溶解于水中，也不大会和其他物质发生反应，因此才能挺过风吹雨打屹立数百万年。关键在加热，而且是高达1450℃的高温。森林大火或燃烧木炭至火焰呈红色或黄色，温度也只有600℃到800℃，远不及这个高温。1450℃的火焰是亮白色，微微泛蓝，但没有半点红色或黄色，亮度会让人看了很不舒服，甚至非常刺眼。
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岩石在这样的高温下会开始分裂重组，产生一群名为硅酸钙家族的物质。称为家族是因为不同的硅酸钙含有程度不等的杂质，会影响化学反应的结果。制造混凝土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，降温后才会形成颜色如月球表面的灰白粉末，用手去摸会感觉很像灰烬，有丝绸的滑顺感，仿佛倒退回到岩石的前身，但很快你的手就会觉得干痒，如同遭细针戳刺。这材料非常特别，却有个无趣的名字，就叫水泥。
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水泥粉末只要加水就会迅速把水吸收，然后颜色变深，但不会像其他加了水的岩石粉末般变成烂泥，而是产生一连串化学反应变成凝胶。凝胶是半固体状的流质，小孩爱吃的果冻就是凝胶，大多数牙膏也是。凝胶受制于内在构造，无法像液体一样随意流动。果冻胶化是因为明胶，水泥胶化则是因为水合硅酸钙原纤维。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，使得水泥内部的凝胶不断改变。
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凝固中的水泥内部的硅酸钙原纤维增生图
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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，还会抓住岩石与石块。水泥就这样成了混凝土。
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工人会用水泥黏合砖块盖房子，或接合石头兴建纪念碑，不过都只涂抹在砖块或石头之间当黏合剂，用量很少。唯有混合充当砖头的碎石，变成了混凝土，水泥才能充分发挥它成为建材的潜能。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 加水多少是关键
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任何化学反应都一样，只要成分比例不对，结果就是一团糟。混凝土中如果加水过多，水泥里头就没有足够的硅酸钙能和水反应，水分就会残留在结构体内，使得混凝土强度减弱。但是加水太少又会让部分水泥无法和水反应，同样会削弱混凝土的强度。混凝土出问题通常是人为疏失的结果，但有时可能不会实时发现，所以常常到建筑完成多年，建筑商早就拍屁股走人后才发生巨灾。
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2010年海地强震损失惨重，问题就出在房屋兴建不当和混凝土质量欠佳。据估计，当时有二十五万间房屋倒塌，三十多万人死亡，上百万人无家可归。更糟糕的是海地并非特例，全球各地都有这种混凝土不定时炸弹。
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追查人为疏失有时很难，因为混凝土从外表看来一切都好。美国肯尼迪机场的主任工程师曾在进行例行查核时，发现中午前送来的混凝土凝固后强度很够，中午过后不久送来的混凝土却弱了许多。他不晓得这是怎么回事，追查了所有可能原因也找不到答案，直到他跟着水泥车到机场才恍然大悟。他发现水泥车司机在中午时通常会休息吃饭，然后用水管为混凝土加水，因为司机以为加水能让混凝土维持液态更久。
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碎片大厦的工人在挖土兴建地基和支承架构时，发现了现代混凝土的前身，也就是罗马混凝土。旧南华克大楼旁有一家我常去的炸鱼薯条店，工人拆除店面时挖到了古罗马浴池遗迹，那些混凝土就是在那里发现的。古罗马人很幸运，不用亲自实验把不同比例的岩石粉末加温至白热，因为拿坡里附近一个叫作波佐利（Pozzuoli）的地方就有现成的水泥。
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波佐利臭气熏天，真的很臭。这个意大利地名来自拉丁文putere，意思就是发臭，气味是从附近火山砂传来的硫黄味。往好处想，这一带数百万年来接收了大量的岩浆、火山灰与浮石。火山灰来自火山口喷发的过热硅酸岩，过程很可能跟现代水泥的制程类似。古罗马人只需要忍受臭味，把数百万年来堆积的火山岩粉末挖走就好。这种天然水泥和现代的波特兰水泥略有不同，需要添加石灰才能凝固。然而古罗马人一旦搞清楚这一点，并掺入石头增加强度，他们就成为人类史上第一个拥有混凝土这个独一无二建材的民族。
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