能讓混凝土硬度提高3倍?科學(xué)家在廢棄核電站里,發(fā)現(xiàn)了稀有材料
地震、海嘯、臺風(fēng)乃至火山爆發(fā),在我們眼里都是可怕的災(zāi)難??蓪Φ厍騺碚f,這是它擁有活力的證明。地球是一個非?;钴S的星球,人類的活動根本沒法比。我們辛辛苦苦建造起來的高樓大廈,離開了人類的掌管。只要地球稍微活動一下,不出百年就有倒塌的風(fēng)險。
如果人類消失在地球上,各種建筑物除非是沉降到地下,否則都會被歲月的力量擊垮。沉降到地下后,不見天日,不接觸成分復(fù)雜的空氣,還有保存下來的可能。的確,古代建筑使用的巖石和木材,比不了鋼筋水泥。但鋼筋水泥也不是金剛不壞的,氣體和風(fēng),都會慢慢將它侵蝕,從僵硬變得脆弱,最終瓦解。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大約在19世紀晚期才開始大規(guī)模利用,認識到它的優(yōu)點后,現(xiàn)代建筑幾乎都使用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。硬度高,耐侵蝕,讓它成了建造房屋的不二之選。然而它的使用壽命終究有限,比如以硅酸鹽水泥為主要原料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),支撐100年都夠嗆。
日本的濱岡核電站,建造時采用的正是硅酸鹽水泥,建造于1976年。后來被廢棄了,連帶著核電站周邊地區(qū)都成了荒地。不過在2019年,日本名古屋大學(xué)的一個科研團隊,重新來到了濱岡核電站,他們此行的目的之一是檢測核電站建筑結(jié)構(gòu)的變化情況。沒想到外圍的鋼筋混凝土墻壁,沒有絲毫變脆弱的跡象,強度反而增加了,至少是原來的3倍!
這可真是件怪事,濱岡核電站廢棄的時間差不多有10年,為什么強度不降反增?研究人員弄了一些樣本,剝離后才發(fā)現(xiàn),墻壁里已經(jīng)不是單純的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)了,還出現(xiàn)了含鋁的托貝莫來石。
托貝莫來石的發(fā)現(xiàn),是材料領(lǐng)域的一件大事,混凝土中的礦物質(zhì)能夠和空氣中的水分子結(jié)合,催生出托貝莫來石。其實在古代遺跡中,科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)過托貝莫來石。古人對于水泥的利用沒我們想象的那么差,大約在公元1世紀,人們在修建港口的時候就開始使用水泥了。
在地中海沿岸,還有從古代一直保留下來的堤岸,經(jīng)歷了上千年的海水沖刷,絲毫沒有崩潰的跡象。其堅硬程度已經(jīng)超過了現(xiàn)代使用的混凝土,因為古人使用的水泥來自于大自然,他們把火山灰、石灰和一些含有鋁和玻璃的巖石混合在一起,不論是強度還是彈性都會大幅提升。
這些物質(zhì)長期被海水侵蝕,內(nèi)部物質(zhì)會慢慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成一種含有鈣、鈉、鉀的鋁硅酸鹽礦物,學(xué)名鈣十字沸石。它又會繼續(xù)生成含鋁的托貝莫來石,堤岸便得到了全方位的強化。既然知道了托貝莫來石能夠強化混凝土,我們是不是找到了一種新的建筑材料?
一開始科學(xué)家也是這么想的,他們想在混凝土中摻雜托貝莫來石,關(guān)鍵就在于需要精準控制好溫度??墒窍胍圃焱胸惸獊硎?。就得把溫度調(diào)高到70度以上,這個溫度恰好是混凝土無法承受的,科學(xué)家無奈地選擇放棄。
唯有大自然的力量,能夠化腐朽為神奇,完成這一看似不可能實現(xiàn)的事情??茖W(xué)家通過蛛絲馬跡,判斷出核電站在運轉(zhuǎn)時,墻壁受到干擾,溫度一直維持在50度左右。打亂了硅離子和鋁離子的排列,讓它們進行了多次化學(xué)反應(yīng),才生成了含鋁的托貝莫來石。
它將本來應(yīng)該變脆弱的墻壁修補了,并且提高了強度,共耗時16年??磥砦覀兊凸懒舜笞匀?,就連混凝土這樣的人造物也會受到大自然偉力的影響,科學(xué)家也要為嘆服。
編輯:李佳婷
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