(左边是水泥,它加了砂子、石子和水之后才叫混凝土,可不要搞错了 。)
而这一切“现代科技的奇迹”,本质上都来自于这种灰色粉末--水泥的硬化性能 。那你有没有想过,水泥为什么会硬呢?
(二)从成分上来说,“水泥”究竟是什么?
我们一般见到的水泥又称硅酸盐水泥 。从化学上讲,它的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙,以前两者为主 。
可见,水泥中最重要的组分是两种:一是钙,二是硅 。相应地,水泥由两类原料共同烧制而成:一是石灰石,也就是碳酸钙;二是黏土类矿物,也就是硅的提供者 。在1450℃的高温下,石灰石分解成了氧化钙与二氧化碳,其中二氧化碳排出,氧化钙又继续与黏土类矿物在高温下反应、融合,形成了有胶凝性能的材料,这种被高温“做熟了”的材料被形象地称为“熟料” 。
(这些像石头一样的东西就是水泥熟料)
这些熟料随后被大功率的鼓风机极速冷却下来 。这样,在高温下不稳定的微观结构就被保持了下来 。只有保持了活泼的微观结构,水泥才有水化活性,未来才可以和水反应、凝结硬化 。如果冷却的速度慢,水泥内部的分子结构就会逐渐变得规律起来,硅原子之间的结合就会变得十分稳定,稳定到了极致就成了最惰性的东西--砂子 。骤冷之后,这些熟料被磨碎成几微米到几十微米粗细的粉末,并添加少量的石膏以控制其反应时间 。
(水泥颗粒的微观形貌,看起来就像是光滑的小石子)
这样,水泥的生产就算完成了 。
(三)一个研究了上百年的问题:“水泥”为什么会硬?
关于这个问题,成百上千的科学家已经研究了上百年,在细节上至今仍有争议 。但其基本过程已经形成了共识 。总的来说,水泥的水化,就像是一群刺猬,从光滑的肉球中长出了刺,然后依靠这些“刺”互相扎在一起 。只不过,这些刺猬只有几微米大,它们的刺更是只有几个纳米 。所以,从宏观上看,就是一块天衣无缝的坚硬岩石了 。了解更多请关注微信公众号:建设工程之家
(水泥的胶结机理就类似于这些扎在一起的苍耳)
在施工之前,我们将水泥与水,还有一些砂子石子拌在一起(通常是1份水、2-3份水泥) 。砂子和石子基本不参加反应,硬化主要靠水泥与水 。在水泥粉末刚刚与水接触时,表面会发生些许的溶解,颗粒中的钙离子溶解进水中,形成强碱性的溶液 。在碱性溶液的刺激下,水泥颗粒表面那些比较活跃的硅氧键就会断裂,硅元素也进入溶液中,并与水结合 。
(水泥中最不活跃的硅氧键就属于这种石英 。无论你用多么强的碱去刺激它,它也绝对不可能溶解)
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