混凝土:它无处不在，你可能不理解它，它正在改变

我们总是被我们真正理解的事情所包围，但是很少有人造物质常见，但很少理解，混凝土。我们走上它，驾驶它，生活在建造上的建筑物（甚至从中）。而且，虽然大多数人几乎没有想过它，但有研究人员思考所有的时间．他们想让它变得更好。

所以，让我们通过了解它是如何运作的，以及如何变化，让我们提示我们的帽子到这个看似无所不能的材料。

混凝土据说是地球上最丰富的人造材料。罗马人将石灰基水泥与各种其他材料(主要是沙子)混合制成砂浆。从某种意义上说，这是第一个混凝土。但正如我们所知，混凝土直到200年前才成为可能。这是因为现代混凝土基本上是水、骨料(即小石块)、沙子和硅酸盐水泥．波特兰水泥没有发明，直到19世纪早期．

硅酸盐水泥是一种干燥的灰色粉末，大多数人(错误地)认为它是混凝土。但没有水泥，就没有混凝土。水泥是混凝土的一部分，当它与水反应时变硬。当水泥变硬时，它并没有“干燥”——也就是说，水没有蒸发。相反，水与粉状水泥进行化学结合，形成一种新材料——水化硅酸钙。这就是为什么水泥即使在水下也能“凝固”。

但混凝土具有水泥本身所没有的特性。首先，它更经济。岩石和沙子比水泥便宜，所以混合它们使混凝土比纯水泥便宜。但那些石头和沙子不仅仅是填充物。这些成分使混凝土比纯水泥更耐用。例如，混凝土通常比水泥更好地处理温度波动(如冻融)。

混凝土很结实。日常使用的混凝土在破裂前至少能承受3000磅每平方英寸(psi)的压力。它也很便宜，在美国的售价是每立方码110美元左右(参考一下，一立方码重约2吨)。

因为混凝土非常坚固，如此便宜，可以铸成几乎任何可想的形状，它几乎是各种建筑项目的理想选择。几乎。

这是问题。混凝土是脆性的，受到称为脆性骨折的东西。想象一下，你在两只手上抱着长曲棍墙，你试着弯曲它。无论你发挥多少压力，粉笔都不会弯曲 - 但最终它会捕捉到两个。这是脆性的骨折。现在，想象一下，粉笔是一座桥梁。嗯，你可以在那里看到脆性骨折的潜在问题。

为了解决大规模建设项目中的这个问题，混凝土由内部骨架或框架加固 - 通常由钢制成。拉动时钢非常强劲（即，在张力下），但在推动时可以扣（即，在压缩下）。混凝土完全相同 - 压缩下的强度，张力弱。用钢加固混凝土资本大写各自的优点，使最终产品不太脆，更稳定。

正在进行的混凝土研究的一个领域集中在寻找新的加固材料，因为钢并不完美。例如，随着时间的推移，几乎不可能防止混凝土中形成微观裂缝。如果这些裂缝让水或盐接触到钢筋，金属就会被腐蚀。这显然很糟糕。

因此，研究人员正在看到其他可能的工作。例如，正在进行大量研究以确定碳复合材料是否能够作为钢材的更耐用的替代品。复合材料比钢更强，但如果设计不当（这是研究人员正在努力的一件事），可以过于脆弱。从实际的角度来看，另一个问题是复合材料是否可以廉价地更换钢材。

混凝土研究的另一个主要领域与使混凝土本身更坚固有关。就像我们说的，普通混凝土，能承受3000 psi的压力。市面上也有高性能混凝土，在断裂前可承受高达18,000 psi的压力。但研究人员现在正在尝试制造超高性能混凝土(UHPC)，这种混凝土在破裂前可以承受高达30000 psi的压力。

为什么?又经济。如果这种材料强度大，你可以少用一点。但另一个原因是，它可以让设计师们梦想出我们今天无法建造的结构——更高的建筑，更长的桥梁，你能想到的。

UHPC的研究主要集中在混凝土的组成部分。例如，要制造UHPC，需要使用非常坚硬的砂粒和骨料。你希望这些沙子和聚集体具有特定的形状和大小，能够紧密地聚集在一起。部件之间的空间越小，产生裂缝的空间就越小。UHPC的研究人员还在探索在混合物中加入微小的玻璃或钢纤维，以帮助防止微裂缝的形成。

混凝土研究人员还在试验新的化学外加剂，希望能调整水泥中的化学反应，创造出更坚固、更耐用的成品。

总之，混凝土将继续作为一种常见的建筑材料用于大大小小的项目。虽然看起来是一样的，但我们的孩子很可能会在一种物质上走路和开车，这种物质在化学和物理上都不同于你我从小玩跳房子长大的混凝土。(是的，我玩跳房子)。

注意:非常感谢Greg Lucier，北卡州立大学的实验室经理建造设施实验室，花时间与我交谈混凝土。上面的帖子中的任何错误都是我的，而且只有矿井。