1700545403
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 [:1700544650]
1700545404
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 3 作为基础的混凝土 CONCRETE
1700545405
1700545406
1700545407
1700545408
1700545409
1700545410
1700545411
1700545412
2009年春季，有一天我出门到超市买面包，经过街角时突然发现伦敦南华克大楼不见了。这栋20世纪70年代的经典办公大楼整个被夷为平地， 21层楼的摩天建筑完全消失不见。
1700545413
1700545414
我绞尽脑汁回想自己上次见到它是什么时候。应该是上周出门那次吧？那时一样是去买面包。我突然有点担心，是我老了，还是现在拆房子的效率超高？无论如何，我的自信心都受到了打击，觉得自己没那么厉害了。我一向喜欢南华克大楼，那个年代有自动门可是新潮得很。如今它消失了，在街上留了一个洞，也在我生命里开了一个口子，伤口比我想的还要大。一切感觉都不一样了。
1700545415
1700545416
我走到围着那一大块空地的鲜艳围篱边，上头贴着一张告示，宣布这里即将兴建欧洲第一高楼“碎片大厦”，同时附上一张尖塔形玻璃摩天大楼的照片，应该就是即将从南华克大楼的废墟中兴起、俯瞰伦敦桥车站的新建筑吧。底下的说明更预言，这栋摩天大楼将成为未来数十年伦敦的新地标。
1700545417
1700545418
我又气又怕。万一这根玻璃大阳具变成恐怖分子的目标怎么办？要是它跟纽约世贸双塔一样遇袭倒塌，害死我和我的老婆、孩子呢？我上谷歌地图去看，发现这栋330米高的大楼就算塌下来也不会砸到我家，让我松了口气。充其量它有可能砸到附近的莎士比亚酒吧，不过我很少去那里。然而，倒塌产生的烟尘可能让人窒息而死。我嘴里一边嘀咕，一边怀着世界末日就要来了的心情到超市去买面包。
1700545419
1700545420
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。
1700545421
1700545422
1700545423
1700545424
1700545425
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 [:1700544651]
1700545426
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
1700545427
1700545428
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。
1700545429
1700545430
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。
1700545431
1700545432
“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。
1700545433
1700545434
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。
1700545435
1700545436
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。
1700545437
1700545438
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。
1700545439
1700545440
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。
1700545441
1700545442
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。
1700545443
1700545444
1700545445
1700545446
1700545447
凝固中的水泥内部的硅酸钙原纤维增生图
1700545448
1700545449
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。
1700545450
1700545451
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。
1700545452