人類的科技可以精準掌握航天器的姿態，卻依然搞不清一小塊混凝土裏的應力狀態？

什麼是人類歷史上最偉大的材料? 恐怕非混凝土莫屬 不管是居民樓、摩天大廈 還是跨海大橋、公路隧道 人類文明的每一個角落都充斥着混凝土 混凝土的使用最早可以追溯到公元前7000年 當時的人們使用了斷燒的生石灰與沙子混合 製作了簡易的混凝土地板 後來,羅馬人又在這種材料的基礎上 加入了天然的火山灰 製造了表現更好的混凝土 用來修建了旁邊的劇院、浴室和遍佈城市的下水道 但是隨着古羅馬帝國的衰亡 這項技術也逐漸失傳 1824年,英國的花匠阿斯普丁將石灰石與黏土混合斷燒 形成了混凝土的前身 但是銷路並不好 當時的主流建築材料還是以一些天然石材爲主 一直到1887年 法國科學家亨利發現了水泥的真實祖墳 水泥主要由石灰質和黏土質原料 按約3比1的比例混合燒製而成 含有的主要成分是硅酸鹽礦物和碳酸鹽礦物 這些礦物分別由二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣 這四種化學成分構成 接下來的幾十年裏 水泥遇水形成強度的機理也開始逐漸爲人所知 在常人眼中 水泥和水混合後經過逐漸風乾就會變得很硬 貌似跟麪條脫水一樣 但是麪條在沾水會重新變得柔軟 而水泥不會 這是因爲水泥變硬的過程並不是一個脫水風乾的過程 而是水泥內的化學物質與水發生了化學反應的過程 水泥顆粒與水接觸後即開始水化反應 水化產物主要爲 水化硅酸鈣凝膠、水化氫氧化鈣凝膠、水化鐵酸鈣、水化鋁酸鈣和鈣反石等 隨着水化產物的不斷增加 凝膠體互相搭接 油泥水分不斷減少 水泥與水攪拌成的漿體逐漸凝結 進而硬化併產生強度 形成水泥石 水泥強度在水化反應初期發展較快 28天內就會完成大部分的增長 之後速度明顯放慢 掌握了原理 科學家們開始逐步改良水泥的工藝 總結混泥土的配比和強度規律 水泥的生產逐漸規模化和流程化 到了20世紀中葉 一個典型的建築工地 已經不再是靠一筐筐的磚砌起來的了 而是工人只好磨板 拌好混泥土 捆紮鋼筋膿 再將混泥土一股腦地倒上去 用震導棒之類的東西來回震導密實 最後磨平 混泥土開始成爲建築材料的主流 混泥土雖然得到了廣泛應用 但是其實人類對混泥土的研究理解 並沒有達到極其精確的地步 只能用大量的統計數據 用經驗來使用它 經驗有的時候好用 卻很多時候也慘不忍睹 很多混泥土結構不到十年就出問題了 要麼鋼筋鏽實 要麼鹼骨料反應嚴重 要麼表皮開裂 要麼抗生性能降低到不能接受的地步 僅以美國爲例 統計資料顯示 2004年美國全國用於維修混泥土結構的投資高達200億美金 好在混泥土早已成爲一門專業的材料科學 相關學科的科學家 工程師和科研工作者們 可以用科學的方法去研究和預測混泥土這種非常複雜的材料 看不清微觀結構 用光學顯微鏡甚至電子掃描顯微鏡 搞不清水化機理 用純的硅酸鈣 純的氫氧化鈣 將混泥土中的每一個化學成分都單獨測試 不清楚反應流程 用核磁共振監控每一個反應 不確定長期的抗動容性能 把事件在冰箱裏反覆動容好幾個月 美國西部的水泥工程 爲了解決混泥土水壩被牛泥子侵蝕的問題 他們在二戰時展開了混泥土抗牛泥子侵蝕的實驗 實驗的數據採集一直持續了40多年 提供了混泥土抗牛泥子侵蝕的第一手材料 類似這樣的實驗有很多 每一項實驗 每一項研究都能推進我們對混泥土材料的認知 都能修正現有的理論 也是千千萬個這樣的研究合在一起 才共同推動了混泥土材料科學的發展