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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

萬(wàn)象科學(xué) · 2021-03-26 11:37 留言

地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)乃至火山爆發(fā),在我們眼里都是可怕的災(zāi)難。可對(duì)地球來(lái)說(shuō),這是它擁有活力的證明。地球是一個(gè)非常活躍的星球,人類的活動(dòng)根本沒法比。我們辛辛苦苦建造起來(lái)的高樓大廈,離開了人類的掌管。只要地球稍微活動(dòng)一下,不出百年就有倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。  

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(huì)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(lái)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(huì)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(jì)晚期才開始大規(guī)模利用,認(rèn)識(shí)到它的優(yōu)點(diǎn)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?jí)騿堋?nbsp; 

日本的濱岡核電站,建造時(shí)采用的正是硅酸鹽水泥,建造于1976年。后來(lái)被廢棄了,連帶著核電站周邊地區(qū)都成了荒地。不過(guò)在2019年,日本名古屋大學(xué)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì),重新來(lái)到了濱岡核電站,他們此行的目的之一是檢測(cè)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(qiáng)度反而增加了,至少是原來(lái)的3倍!  

這可真是件怪事,濱岡核電站廢棄的時(shí)間差不多有10年,為什么強(qiáng)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(lái)石。  

托貝莫來(lái)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(lái)石。其實(shí)在古代遺跡中,科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)過(guò)托貝莫來(lái)石。古人對(duì)于水泥的利用沒我們想象的那么差,大約在公元1世紀(jì),人們?cè)谛藿ǜ劭诘臅r(shí)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(lái)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(jiān)硬程度已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)代使用的混凝土,因?yàn)楣湃耸褂玫乃鄟?lái)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(qiáng)度還是彈性都會(huì)大幅提升。  

這些物質(zhì)長(zhǎng)期被海水侵蝕,內(nèi)部物質(zhì)會(huì)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(huì)繼續(xù)生成含鋁的托貝莫來(lái)石,堤岸便得到了全方位的強(qiáng)化。既然知道了托貝莫來(lái)石能夠強(qiáng)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(lái)石,關(guān)鍵就在于需要精準(zhǔn)控制好溫度。可是想要制造托貝莫來(lái)石。就得把溫度調(diào)高到70度以上,這個(gè)溫度恰好是混凝土無(wú)法承受的,科學(xué)家無(wú)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(shí)現(xiàn)的事情。科學(xué)家通過(guò)蛛絲馬跡,判斷出核電站在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),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(jìn)行了多次化學(xué)反應(yīng),才生成了含鋁的托貝莫來(lái)石。  

它將本來(lái)應(yīng)該變脆弱的墻壁修補(bǔ)了,并且提高了強(qiáng)度,共耗時(shí)16年。看來(lái)我們低估了大自然,就連混凝土這樣的人造物也會(huì)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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