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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 [:1700544654]
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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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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
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有一天，碎片大厦不再长高了，几天后外层板模也消失了，只剩下72楼的混凝土尖塔兀自耸立，灰暗、粗糙，和新生儿一样布满皱纹。工程再度从底端开始，让伦敦最新的水泥尖塔默默迎风摇摆，仿佛无所事事地俯瞰底下的人类如蚂蚁般在它脚边走动。但它其实没闲着。混凝土里的含水硅酸钙原纤维正不断增长交错，键结钢筋与石块让尖塔变得更稳固。虽然混凝土遇水后24小时内就会变得够硬，但这人造岩石的内部构造还需要好几年的发展，潜能才会完全发挥。在我下笔的此刻，碎片大厦里的混凝土主结构还在变硬、变强，只是隐而不显。
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兴建中的碎片大厦
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等到这栋尖塔的混凝土大厦完全硬固后，将每天承载两万人的重量，以及他们的数千件桌椅、家具、计算机和几吨重的用水，日以继夜永不休止，然而建筑结构却不会有任何明显的变形，楼面依然稳固坚实。它能任劳任怨支撑几千年，让尖塔里的使用者完全不受风吹雨打。当然，前提是有人妥善养护。
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因为钢筋混凝土虽然声誉卓著，但确实需要养护。事实上，它的弱点正好是它的长处，也就是混凝土的内在结构。
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一般说来，钢筋混凝土内的钢筋暴露在风雨中是会锈蚀的，但混凝土内的碱性成分会在钢筋外表形成一层氢氧化铁成为保护膜。不过，随着时间拉长，建筑磨损、剥蚀和长年热胀冷缩，会让混凝土出现小裂痕。这些裂痕会让水分渗入，而水分一旦结冻就会膨胀，导致裂痕加深。这种磨损和侵蚀是所有石造建筑的宿命，也是山的宿命，也就是风化侵蚀的原因。为了防止石材或混凝土结构受到损害，这种建筑物每50年就得养护一次。
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不过，混凝土还可能遇到一个更严重的威胁，就是大量的水渗入混凝土，开始侵蚀钢筋，导致铁锈在混凝土内部扩散，造成更多裂隙，破坏整个钢筋结构。盐水更容易造成这种伤害，因为它会破坏氢氧化铁形成的保护膜，让钢筋大量锈蚀。寒冷地区会以撒盐清除积雪和结冰，所以当地的混凝土桥梁和道路经常接触到盐，特别容易受到这种长期破坏。伦敦汉默斯密（Hammersmith）高架道路的混凝土最近也发现类似的锈蚀。
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全世界有半数建筑是混凝土结构，这使得养护成了大工程，而且越来越重要。更糟的是，许多混凝土建筑都位于我们根本不想经常造访的地方，例如连接瑞典和丹麦的松德海峡大桥或核电厂内部。遇到这种情形，混凝土最好能自养护和自愈合。这种混凝土现在有了，虽然还在起步阶段，但已经证实有效。
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自愈合混凝土来自科学家的发现。他们研究生活在极端环境下的生物，结果发现了一种细菌，它们生活在火山活动形成的强碱湖泊底层。这些湖泊的酸碱值为9到11，这个碱度会灼伤人类皮肤，因此不难想见科学家之前一直认为这些硫黄湖里不会有生物。然而详细调查发现，生物的适应力远高于我们的想象，如嗜碱细菌便能生活在这类环境中。科学家发现，其中一种名为巴氏芽孢杆菌（B.pasteurii）的细菌会分泌方解石，而方解石正是混凝土的成分之一。科学家还发现这种杆菌非常顽强，能在岩石里蛰伏数十年。
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自愈合混凝土就含有这种杆菌，并掺入杆菌会吃的某种淀粉。这些杆菌平常处于蛰伏状态，被含水硅酸钙原纤维包围。但当混凝土出现裂隙时，这些杆菌就会重获自由，遇到水便会醒来，开始寻找食物。它们吃掉混凝土里的淀粉后就会生长与繁殖，并分泌方解石。方解石是碳酸钙的一种，和混凝土键结后会形成矿物构造，把裂隙填满，使裂隙不再扩大。
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这个方法可能属于听起来不错，不过实际上行不通的那一类。但没想到真的管用。研究显示，龟裂的混凝土经由这种杆菌“处理”之后，强度可以恢复九成。目前科学家正在开发这种自愈合混凝土，希望用在实际的工程结构上。
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另一种含有生物成分的混凝土叫作透水混凝土。这种混凝土非常多孔，天然细菌可以占据其中。这些细孔还能让水穿透，因此不太需要排水系统，而混凝土内的细菌还能分解油污和其他污染物，因此有净水功能。
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现在还有一种混凝土布料，叫作水泥帆布。这种材料可以卷成一筒，只要加水就能固定成你想要的形状。虽然水泥帆布非常适合雕塑，但它最大的用途可能是救灾。只要空投几捆水泥帆布到灾区搭建临时住所，几天之内就能形成一座防雨、防风和防晒的临时城市，让救灾工作得以进行。
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