地球是個極為活躍的星球,表面因板塊構(gòu)造、水蝕風(fēng)化及生物塑造等作用而隨時變化。
如果人類在某一天消失,我們留下的輝煌建筑可能數(shù)百年內(nèi)就會完全倒塌,尤其是大量使用波特蘭水泥建造的現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),有的甚至可能連100年的時間都扛不住。
這是因為鋼筋可能會銹蝕,混凝土也會受到各種侵蝕,久而久之導(dǎo)致強度降低,最終結(jié)構(gòu)損壞轟然坍塌。
然而日本名古屋大學(xué)的研究人員,卻在一座廢棄的核電站里發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的現(xiàn)象,那里的混凝土結(jié)構(gòu)不但強度沒有降低,反而比原來更堅固了,超過了原來的3倍多,是潛在抗壓強度的兩倍,這究竟是怎么回事呢?
這座核電站是日本的濱岡核電站,從1976年建成后一直運行到2009年,之后退役被廢棄。在廢棄多年以后,科學(xué)家們前年打開了這座核電站,檢查了該核電站厚厚的混凝土墻壁,研究人員吃驚地發(fā)現(xiàn),這些墻壁的強度竟然大大提高了。
進一步的研究發(fā)現(xiàn),這些混凝土墻內(nèi)出現(xiàn)了一種罕見的物質(zhì)鋁托貝莫來石,這是一種硅鋁酸鹽,由混凝土混合物中的礦物和水在中高溫度下形成。
此前科學(xué)家們就已發(fā)現(xiàn),公元1世紀的古羅馬時期,意大利及歐洲其它國家就在用水泥建造港口等建筑結(jié)構(gòu)。這些堤岸在歷經(jīng)2000年的海浪沖刷后,依然堅強地屹立在港口,不但沒有毀損,反而益發(fā)堅固,科學(xué)家們曾經(jīng)也是百思不得其解,直到2017年才由美國科學(xué)家揭開了秘密。
原來古羅馬水泥是用火山灰、石灰、海水和塊狀火山巖石混合而成,里面含有金屬鋁的成分,使其硬度和彈性都得到了顯著加強。長時間浸泡在海水中之后,混凝土中的火山巖和玻璃會被慢慢溶解,和另一種硅酸鹽礦物鈣十字沸石發(fā)生反應(yīng),生成新的鋁硅酸鹽,就像原來的鋁托貝莫來石在逐漸長大,把堤壩上隨著時間出現(xiàn)的裂縫重新填上,結(jié)構(gòu)也就變得越來越強了。
所以混凝土在海水中強度提高的關(guān)鍵就在鋁托貝莫來石。但日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn),要將鋁托貝莫來石直接摻入現(xiàn)代混凝土非常困難,在實驗室中需要70度以上的溫度才能生成這種物質(zhì);然而太高的溫度又會導(dǎo)致混凝土強度降低,因而混凝土的溫度又需要限制在65度以下。
這就造成了一個矛盾,而古羅馬的混凝土和日本核電站的混凝土墻又是怎么做到的呢?
日本科學(xué)家進一步的研究后發(fā)現(xiàn),廢棄核反應(yīng)堆的混凝土墻壁在核電站運行期間,一直保持了水分并維持40-55℃的溫度,時間長達16.5年,增加了硅和鋁離子的利用率及墻壁的堿含量,最終導(dǎo)致鋁托貝莫來石的形成,和古羅馬混凝土一樣強度得到了大幅度的提升。
看來人類做不到的事情,大自然利用時間反而輕易做到了;現(xiàn)代人做不到的事,古代人反而無心插柳,不費吹灰之力,這究竟算怎么一回事呢?不要幾千年后地球上人類滅絕了,外星人跑來一看,只有古羅馬的混凝土還在,就以為地球文明只發(fā)展到公元1世紀牛耕時代就滅絕了,說起來就有點尷尬了啊。
日本科學(xué)家正在對此進行研究,希望找到短時間內(nèi)提高混凝土強度的方法,不要再讓大自然自己一個勁兒在那里臭美了。
這項研究發(fā)表在2020年11月5日《材料與設(shè)計》雜志上。
參考:Materials&Design:Long-termuseofmodernPortlandcementconcrete:TheimpactofAl-tobermoriteformation