化学通报

化材为筑

 

论坛即将开始,偌大的校园礼堂座无虚席。与此同时,全国各地的观众们也正在屏幕前关注着论坛的进程。

伴随着开场乐曲,主持人走上台前宣布:“各位嘉宾、观众朋友们,欢迎大家来到科普栏目‘生活中的化学’系列讲座[1]!

众所周知,化学是研究物质的结构、性能和转化过程的科学,更是创造新物质、探索新应用的学科。百年化学的发展表明,它在创造奇妙的新物质方面起到了核心作用,是开启物质世界中‘取之不尽’的资源宝库的钥匙;同时,化学科学的发展与人类社会的发展同行,对于科学与社会的不断进步和人类物质生活质量的不断改善与提高,都发挥了无可替代的作用[2]。

俗话说‘安居才能乐业’。今天,我们特地邀请了不少建筑领域的大咖前来分享与‘居住’有关的建筑材料方面的化学知识。接下来就让我们欣赏嘉宾们的精彩演说吧!”

1 传统建筑的“基石”——斯通家族

首先,舞台迎来了无机非金属材料联盟的第一位嘉宾:官内特?斯通先生。他的皮肤呈灰白色,搭配着一张饱经风霜的脸。从他的言行举止来看,显然这是一位德高望重的老人:“我是斯通家族(Stone)的代表官内特?斯通(Granite Stone),你们也可以叫我花岗岩先生,很荣幸能够参与到这次建筑材料的论坛中来。”

官内特先生认真仔细地介绍道:“斯通家族历史悠久,是最古老的建筑材料之一。世界上众多的著名建筑都是由石材建造而成,比如中国长城、埃及金字塔、帕特农神庙、比萨斜塔、泰姬陵等;石材在传统建筑中同样也有着广泛的应用:从石砌的墙体、石质的台基、石质的栏杆,到精美的石雕,斯通家族都以自身良好的强度与耐久性服务于传统建筑当中[3]。

到目前为止,尽管其他新兴家族迅速崛起,斯通家族的实力仍然不可小觑。我们一直以坚固、耐久、厚重的材料特性与庄严、稳重、雄伟的气质被建筑王国广泛地接纳使用[4]。”

官内特先生讲到这里显然有些疲惫了,稍事休息后继续讲解道:“据史料记载,中国闽南地区民居采用斯通家族建造的历史已久。传统官式大厝、洋楼、骑楼中部分采用条石砌筑,同时采用根式石柱作为结构的支撑,不少闽南建筑的台基、勒脚等细部构件也均为石材[5]。闽南住宅建筑石材的选材秉承因地制宜的原则,主要为白色花岗岩,其次选用青石,这也是我时常到访闽南地区的原因。

既然我们如此重要,那么我们究竟是谁?实际上,斯通家族的成员众多,如果按照组成成分来划分,我们都是由不同的造岩矿物构成,主要有石英、长石、云母、方解石、白云石等。

不同岩石具有不同的矿物成分,比如我的表弟莱姆?斯通(Limestone)——平时被人们称作石灰石的家伙,他的主要矿物成分为方解石(碳酸钙为主),时常含有少量的黏土、二氧化硅、碳酸镁等物质[6]。表弟喜欢云游四海,所到之处遍及八荒,因此更容易被人类发现并加以开采。

石灰石的生产加工过程,不禁使人想起了一首广为流传的古诗《石灰吟》,它深刻地描述了一系列相关的化学变化:历经‘千锤万凿’,小表弟走出深山来到人间;经过工厂中‘烈火焚烧’的磨砺,石灰石(碳酸钙为主)化为生石灰(氧化钙为主);接着,他又接受了‘粉身碎骨’的洗礼,块状生石灰与水剧烈反应变成了我们所熟知的粉末状熟石灰(氢氧化钙);之后,他被涂在墙面上,随着时间推移,熟石灰与空气中的二氧化碳不断发生反应……终于,表弟归来,重回曾经的模样——他还是从前那个少年,甚至历久弥新,将‘清白’永远留在了人间!表弟的一生总是让我肃然起敬,不论在建筑王国还是斯通家族中,他总是默默无闻地做着基层工作,成为了制造石灰和水泥的重要原料。”

官内特先生接着讲道:“那么我是谁?我是由长石、石英、云母及某些暗色矿物组成。除了具有抗压强度高、吸水率低、耐磨性好等家族的遗传特性外,我还有着优良的耐酸性,就算是大名鼎鼎的盐酸驾到也奈何不了我!这是因为我的化学成分中SiO2占比高,约占70%左右,这让我能够比其他材料更经得起风吹雨打。

举个更加亲切的例子吧!在我们身处的厦门大学校园中,‘嘉庚建筑风格’独树一帜(图1)。建校最早的群贤楼群自然是其中的典范,‘穿西装,戴斗笠’的建筑造型特色鲜明,吸引着络绎不绝的游人旅客。同时,群贤楼群是由砖、石、木三大材料混合建造而成,是传统抬梁式木屋架与西式砌筑墙体的完美融合。值得一提的是,百年前群贤楼群建筑采用的主要石材正是鄙老,历经沧海桑田,我自巍然不动。从校主陈嘉庚与校长林文庆的往来书信中可以得知,当时的建筑石材都是从近邻的五老峰开采运送来的。石材质地白皙,少黑斑杂质,这正是我的特点。”

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