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百篇科普系列(106)—中国的超强水泥技术 - 知乎

百篇科普系列(106)

中国的超强水泥技术

徐长发,华中科技大学,2020.9.1.

超级强度的水泥,世界上只有美德法能够制造,对外禁卖。吴飚为研发新型遮弹层,自主研究出一种超强水泥,从此它能够为我国重要军事工程披上了金钟罩,不怕导弹或钻地弹的攻击,这种杰出贡献实用价值巨大。2018年,25岁的吴飚获得国家军队科技进步一等奖,

一.为什么要研发新型遮弹层

数十年前爆发的海湾战争以及南联盟战争中,美军动用了大量空军力量进行打击,投掷了大量的精确制导炸弹和钻地弹;摧毁了敌方80%的军事目标,很快就获得了战争的胜利。

这些精确制导的炸弹具有一定的穿透能力,可以摧毁地上的指挥系统、军事工事、信息系统、电力系统等。

为躲避这种精确制导炸弹,很多国家都将本国的指挥机构移入了地下,以躲避这种炸弹的威胁。

指挥机构深埋于地下也很危险,因为美军随即又开发出了钻地炸弹。这种钻地弹有等级之分;一般钻地弹可用于破坏机场跑道;重量级的用于破坏地下目标。

美军GBU-57型钻地炸弹,还有MOP钻地弹,据报道,它对于普通混凝土的钻深为60米,对花岗岩的钻深为40米,对于普通土层的钻深更是恐怖,达到了200米!这种炸弹爆炸威力也非常大,它装载2.3吨高性能炸药,相当于23吨TNT炸药,

钻地弹的毁伤效果非常恐怖!更加要命的是,这种炸弹能够挂载在B2隐形轰炸机身上。大家可以想象一下,美军在获得目标的确切位置之后,派出B2隐身轰炸机,悄无生息的闯入别国领空,然后扔下这种精准制导的钻地炸药扬长而去,被轰炸者根本就没有反击的机会,甚至连逃跑的机会都没有!

为了对抗这种威力巨大的钻地武器,很多国家都花费了巨大的人力物力将自己的地下工事建造在很深很深的地底。这又带来了新的困扰,工程量巨大,建设时间很长,而且出入也非常麻烦,等。

一种自然的想法是研发一种超强材料,地面上的军事工事不怕精确制导导弹的攻击,地下工事不怕钻地弹的攻击。

二.我国的超强水泥究竟有多强?

吴飚研发出来的高强度水泥,其强度、韧性、抗打击能力非常强大,在全世界独一无二,用这种水泥制作的碉堡、飞机防护罩,可以弹飞导弹,自身毫发无损;用这种水泥制作的遮蔽罩就是军事工事的金钟罩。

下面用一些数据说明中国超强水泥的性能。

1. 民用的最好的水泥,可作为军用,其抗压强度可以达到52MP/厘米平方,吴飚的超强水泥的抗压强度高于60000psi,即高于414MP/厘米平方,是民用普通水泥的12倍,是军用水泥的8倍。据数据折算,我国的超强水泥比美国研制的性能要强得多。

2.实际试验效果惊人,被一般导弹命中,居然能直接弹开,被重型导弹击中也只是在表面留下一个大的白点而已。

3.据推算,地下防御工事如果做成5米厚度的防护层,就可以有效抵抗美国现有的最强钻地弹的破坏。

三.提高水泥强度的关键在哪里?

用什么配方,大家不可能知道。但是笔者好奇,水泥为什么会出现超级强度呢?

先看看通常水泥是如何增加强度的。水泥的成分都是硅酸三钙、铝酸三钙之类,水泥强度靠的是颗粒之间的化学键,因此,分析决定水泥强度的因素一般有以下几个方面:

1.原料配比,避免使用那些不产生有效作用的材料;

2.烧结温度,温度达标才能有效生成硅酸钙、铝酸钙;

3.磨粉颗粒,颗粒直径越小越能发挥化学键的作用;

4.施工质量,除了要求的一般条件之外,混凝土中的颗粒直径起着重要的作用,例如岩石颗粒的强度小于水泥颗粒的强度,大颗粒熟料颗粒的强度小于小颗粒的;还有孔隙率也很重要,尽可能减少空隙会大幅度提高混泥土强度。

上面4个方面是通常水泥、高强度水泥所共同注意的,现在的高强度硅酸盐水泥、矿渣水泥,参见百篇科普系列24、29,其抗压强度也只能达到52-62MP,而吴飚的超强水泥估计是在添加物上下了功夫。

5.通常所见的水泥增强剂。

比如样品KFA水泥掺合剂可以产生电化学反映,使水泥颗粒分解,水泥中的金属元素发挥效用,而使水泥颗粒完全水化。其配方中基本成分大都属于有机表面活性物质,主要有胺类,醇类,醇胺类,木质素磺酸盐类,脂肪酸及其盐类,烷基磺酸盐类等。这样的添加剂,为的是方便有效地施工,发挥水泥品质而不是降低水泥品质,提高工程质量。

6.如何从本质上提高水泥强度?目前有人添加少量的钢铁粉末、硫酸铝,氧化铝能够提高一些抗压强度;还有哪些添加物?设想添加碳纤维如何?吴飚的超强水泥里添加了什么,这肯定是保密的。

无论如何,在水泥中添加掺和剂是一种观念创新。

四.超强水泥有什么用?

这种超强水泥有巨大的实用价值。

1. 以前只有美德法几个国家拥有此技术,我国无法获得。现在,吴飚研发的超强水泥,打破了这个垄断局面。

2.用于军事工事的防御价值巨大。普通的碉堡工事现在也不怕导弹袭击了。以前把飞机藏在山洞里极不方便,现在就在飞机场旁边修建水泥机棚,不怕导弹袭击。重要的军事设施、重要的指挥机构设于地下,只要用这种超强水泥构建5米厚度,就不怕目前最强的钻地弹的破坏。也就是说,我国的军事设施从此披挂上了金钟罩。有效地保护自身,就会有反击的力量。

3.在南海诸岛上修筑工事,不怕一般武器的袭击。

4.在民用方面的实用价值巨大。大坝,超大型桥梁,使用超强水泥的效果肯定是民用水泥和军用水泥无法比拟的。

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