混凝土要多久才会干?【迷人的材料】

作者: 老边

来源: 中科院物理所

发布日期: 2015-11-07 16:42:49

混凝土的凝固过程是一个复杂的化学反应过程,主要涉及碳酸钙和硅酸盐的化学键断裂与重组,以及水泥与水的反应。混凝土实际上永远不会干,因为它内部含有水分,且具有防水性能。现代技术还能制造出自洁净的混凝土。

混凝土的问世时间比你想象得更早,早在古罗马时代,古罗马人就用混凝土的前身打造他们的帝国了,只是古罗马人制造水泥用的是一种跟现代水泥的成分很类似的火山灰。而我们现在所见的钢筋混凝土是工业革命兴起时出现的。

混凝土凝固是相当精巧的化学反应,其中的活性成分为含有碳酸钙的岩石。此外,还需要含硅酸盐的岩石。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,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,所以关键在加热,而且是高达1450℃的高温。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。制造混凝土还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,降温后才会形成粉末状的水泥。

水泥粉末只要加水就会迅速把水吸收,产生一连串化学反应变成凝胶。水泥胶化是因为水和硅酸钙原纤维。钙和硅酸分子溶解后,会形成极似有机分子的晶体结构,并且不断生长,化学反应也持续进行,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,还会抓住岩石与石子。水泥就这样成了混凝土。

答案是“混凝土永远不会干,因为水是混凝土的一部分”。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。

制造自洁净的混凝土的方法是掺入二氧化钛粒子。这些粒子虽然涂抹在表面,但由于粒子极小而且透明,所以外观与一般混凝土建筑完全一样。不过,二氧化钛粒子吸收了阳光中的紫外线后,就会产生自由基离子,能够分解沾上它们的有机污垢,让污垢由风或雨水带走。罗马千禧教堂就是用这种自洁净混凝土兴建的。

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