迷人的材料[精装珍藏版]

• 发表：2024-07-29
• 分类：学习教育
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• 摩么花豆

  2023-04-30
  材料学 专业人士写的科普
• ✶

  2023-05-17
  “混泥土永远不会干，因为水是混泥土的一部分”
• 熱情海難

  2022-08-13
  囫囵吞枣，没看明白只能看个大概齐！理科学渣好痛苦。

• 闻夕felicity

  2016-08-23
  ……几乎几天就能盖好一层楼。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。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。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。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：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。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7？楼的混凝土尖塔兀自耸立，灰暗、粗糙，和新生儿·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。
• 闻夕felicity

  2016-08-23
  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。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。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。还有一件事莫尼耶当时也不晓得，不过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。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（WillimwilknSOn）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。
• 闻夕felicity

  2016-08-23
  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。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。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。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。砖造建筑的组合特性是它受欢迎的原因，砖是砖造建筑的基本单位刻意做成手掌大小，以利单人作业。混凝土和砖非常不同，它起初为液体，这表示混凝土建筑可以用浇注法做出连续体结构，从地基到屋顶一气呵成，没有任何接点，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...

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