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混凝土工程师的绝招是：你要地基，我们就灌地基给你；你要柱子，我们就灌柱子；要楼面就灌楼面。你要两倍尺寸？没问题；想要弧面？当然可以。只要开得了模，混凝土什么结构都做得出来。混凝土的威力清晰可见，造访过建筑工地的人都会爱上它。我一周又一周，都会从碎片大厦工地的观察窗往里看，看得心荡神驰。我看见大楼从地基缓缓兴起，由蚂蚁般的工人一点一滴浇注而成。岩石和石块粉末送到工地，只是加水就成了石块。这不只是工程技术，更是一种哲学、一种圆满。这个圆从地幔经由造山运动生成岩石和石块开始，再由人类接手，把石头和岩石挖掘出来，按照人类的设计转变成人造的地景，变成高楼大厦，让我们在其中居住和工作，成就这一个循环。
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混凝土的问世，让建筑师的想象力得以尽情驰骋。古罗马人发明混凝土后，立刻明白可以用它来奠立帝国的根基。他们可以在任何地方兴建港口，因为混凝土在水下也能凝固。他们还可以兴建沟渠和桥梁，而这些基础建设又能把混凝土运送到任何有需要的地方，不必仰赖当地的石头和黏土。因此，混凝土很适合打造帝国。不过，古罗马最宏伟的混凝土工程就在首都，也就是罗马万神殿的穹顶（下图）。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。
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万神殿没有因为罗马帝国衰亡而颓圮，但混凝土却销声匿迹了。古罗马停止制造混凝土后，这个世界有一千多年不曾出现混凝土建筑。这项材料技术亡佚的原因至今成谜，可能因为制造混凝土是专门技术，需要技术发达的帝国才能支持，或者因为它没有结合某种技能或工艺，例如打铁、石刻或木工，以至于没有代代流传，也可能是因为罗马混凝土虽然好用，却有个致命的缺陷，而古罗马人虽然晓得，却无法解决。
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有两种方法让材料断裂。首先是“塑性断裂”，例如把口香糖拉断就是这样。材料受拉扯后会产生晶格重排而导致延展，使得中间越来越细，最后一分为二。绝大多数金属都可以用这种方法弄断，但因为必须移动许多位错，所以要非常费力才能做到，这也是金属的强度和韧度都高的原因。另一个断裂法是“脆性断裂”，玻璃和茶杯破裂就是如此。这些材料无法借由流动抵消拉扯的力道，只要有一处脆弱就会破坏整体，使得材料断开或碎裂。混凝土碎裂即属此类，这让古罗马人伤透了脑筋。
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古罗马人始终未能解决这个问题，只好限制混凝土的用途，只用在受压缩而非受拉扯的结构体，例如柱子、圆顶或地基上，在这些地方的混凝土全都被结构的重量挤压着。在受到挤压的情形下，混凝土就算有裂隙也依然强固。造访有两千年历史的万神殿，你会发现穹顶多年来已经出现不少裂痕，可能是地震或下沉所导致，但这些裂隙不会危害结构，因为整个穹顶都受到挤压。然而，古罗马人尝试用水泥兴建横梁或悬垂楼面时，由于这些结构必须承受弯曲应力，他们势必发现就算出现再小的裂痕也会造成崩塌。当裂痕两侧的建材受自身和建筑的重量拉开，就绝对无力回天。因此，想让混凝土发挥最大功效，像我们现在用它来兴建墙壁、楼面、桥梁、隧道和水坝这样，就势必要解决这个问题。然而，解决方法直到欧洲工业革命兴起时才出现，而且来自非常出人意料的地方。
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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 [:1700544653]
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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 园艺家发明钢筋混凝土
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巴黎园艺家莫尼耶（Joseph Monier）喜欢自己制作花盆。1867年时，花盆都是陶瓦做的，非常脆弱易碎，而且造价昂贵，尤其不适合栽种在温室成长迅速的热带植物。混凝土似乎是更好的选择。它比陶土更容易制作大型花盆，又因为不需要放入窑中烧制，所以也便宜得多。但混凝土的韧度还是不够，因此莫尼耶制作的混凝土花盆还是跟陶瓦花盆一样容易龟裂。
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莫尼耶想到一个方法，就是在混凝土里放入钢圈。他不可能知道水泥和钢材的键结极强，因为钢很可能就像放进醋里的油，完全不跟混凝土混合。结果不然，混凝土里的硅酸钙原纤维不仅会吸附石头，也会吸附金属。
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混凝土基本上是拟石材，以石头制成，外观、成分和性质也近似石头。但钢筋混凝土就不同了。它跟所有天然材料都不一样。混凝土得到钢筋的加强后，就算受到弯曲应力，也会由混凝土内的钢筋吸收，不会产生大裂缝。钢筋和混凝土合二为一，把原本用途有限的混凝土变成世界上用途最广的建材。
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还有一件事莫尼耶当时也不晓得，不过却是强化混凝土的制胜关键。材料不是静态的，会因环境而变化，尤其受温度影响更大。大多数材料都会热胀冷缩，建筑、道路到桥梁，无不因日夜温差而胀缩，仿佛它们会呼吸一样。道路和桥梁的裂隙多半源自于此，如果设计时不将此纳入考量，累积的压力可能会让结构崩塌。任何工程师在推测莫尼耶的尝试结果时，都会认为水泥和钢差异太大，胀缩幅度非常不同，应该会导致结构解体，而且这样的花盆摆在冬冷夏热的花园里应该会碎裂。或许正是因为如此，才会没有工程师愿意尝试，反倒让园艺家来做了。
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不过说来巧合，钢和混凝土的膨胀系数几乎完全相同，也就是两者的胀缩率几乎相等。这是个小小的奇迹，而莫尼耶不是唯一的发现者。一位名叫威尔金森（William Wilkinson）的英国人，也凑巧发现了这个神奇组合。钢筋混凝土的时代从此到来。
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只要造访全球许多发展中国家，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。这些房子禁不起风吹雨打，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，或被警察或当权者的推土机铲平。想建造一个能抵挡强风暴雨和权势者的家，建材不只要坚固，还得防火、防风和防水，更要便宜到人人都盖得起。
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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 施工迅速且便宜的建材
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钢筋混凝土就是这样的建材。每吨一百英镑的价格绝对是世界上最便宜的建筑材料，加上非常适合机械化工法，使得建筑成本还能再往下压。一个人只要有混凝土搅拌机，几周内就能独力完成地基、墙壁、楼面和屋顶。由于结构单一完整，完成的房子能轻松抵挡风吹雨打一百年。地基可防止水分渗透以及昆虫或白蚁的侵蚀，墙壁能抗倒塌和支撑玻璃窗，而且建筑几乎无须维修。瓷砖不会剥落，因为根本不用贴瓷砖，屋顶跟房子一体成形，藤蔓、植物和青草都可以生长于其上，替建筑物调节温度。除了万神殿穹顶之类的圆顶建筑，就只有钢筋混凝土可以支撑屋顶花园。对于发明钢筋混凝土的园艺家来说，这或许是最好的赞美。
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碎片大厦越盖越高，我发现我再也不用隔着观察窗才看得到它了。但我的视野反而变得更糟，因为现在所有的工程都在最顶端进行，要从我家的屋顶才能看得清楚。于是我很快就养成习惯，每天早晨都会到屋顶上一边享受咖啡，一边观察碎片大厦的进度。我开始用粉笔在我家的烟囱上记录它的高度变化。只见那楼层越来越高！根据我的计算，建筑工人速度最快时，几乎每几天就会盖好一层楼。
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工人能做到这一点，靠的是不断浇注混凝土。水泥车把混凝土运到工地，然后灌入建筑最顶端的板模里。板模依据楼层的大小和形状搭成，里面先架好钢筋作为水泥大楼的骨架。楼面浇注完成后，就卸除板模往上搬，预备浇注下一层楼面，如此不断重复，碎片大厦也越来越高，据我估算，成长速度为每天三米。
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最神奇的是，我觉得这个循环似乎能永远继续下去，只要把板模往上搬，然后再浇注混凝土就成了，感觉就像小树新生的枝丫一样。不过，这个循环目前是有极限的。迪拜哈里法塔的高度几乎是碎片大厦的三倍，工程人员发现，要用机器把混凝土垂直打到工地顶端，是很棘手的问题。
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不过，这个方法还是非常天才的。这种机械化的建筑方法让混凝土成为极现代的建材，可以通过浇注和浇灌，迅速盖起庞大的建筑。过去的巨型建筑都需要几十年才能盖完，例如欧洲的石造教堂或中国的万里长城，而欧洲第一高楼碎片大厦的主结构只花了不到六个月就完成了。混凝土让人更敢想象与尝试，也使得土木工程师的梦想得以实现。美国胡佛水坝、法国米约高架桥和俗称“意大利面条路口”的英国格瑞夫里山立体交叉桥，都是钢筋混凝土的杰作。
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