第十七章建筑宠儿

    水泥的发明

    水泥这种神奇的材料，它已彻底地改变了我们所居住的世界。作为现实中的人造石，水泥为

    我们构筑了一个新的地球表面，使我们的生存更加舒适，日渐优美。

    粘接技艺远古流传

    在千百年的古老土木建筑中，我国大量使用泥作为粘结剂，即使在今天，一些古老的村落依

    旧使用泥建筑土房。这种材料是天然的，强度不高，也不耐水。在耐水材料如砖瓦及石材等

    材料的粘结中，人们还要寻找新的耐水粘结材料，包括天然粘土、熟石灰等。据说在闻名于

    世的长安古城墙的建造中，曾使用大米汁以增强墙砖之间的连接强度，这种昂贵的材料显然

    无法广泛使用。

    火山灰水泥，其实古罗马人就开始使用了。当时，他们用砖建屋，对于砖头夹缝间的粘接剂

    也曾热心地加以研究，火山灰水泥便是当时研究的一个成果。他们把石灰、石膏和火山灰混

    合烧煮后制成的粘接剂很像今天的水泥。古罗马人就是用这种粘接剂建造了雄伟壮观的可西

    里大剧场、万神庙以及名扬四海的供水工程。

    继罗马人之后，希腊、法国、日本等也利用火山灰和石灰建造了大量的建筑物，直至二三百

    年前，人们还一致认为火山灰和石灰的混合物是最优秀的粘接建筑用材料呢!

    现代水泥产生和发展的历史并不太长。

    材料新秀建筑宠儿

    历史脚步跨进18世纪，航海事业要求建筑师们，在水中建立航行标志，以防航行不测，那么

    ，用什么粘结剂呢?这成为当年急不可待要解决的问题了。

    1756年，英国南部海域，航行频繁，英国政府急需在南域建造一座灯塔来照耀夜间船只的航

    行，这一任务落在一个名叫司米顿的技术人员肩上。

    司米顿接到任务后，真是绞尽脑汁，想方设法做了数百次实验，终于找到一个办法，他用英

    国一种石灰岩烧制而成为一种含有粘土的粘结材料，真的可将水中的碎石凝结起成为坚固的

    建筑，这样一来，英国南部海岸灯塔建成了。司米顿的成就，可以说塑造了现代水泥的雏形

    ，因此，他也被人们称为近代土木工程的鼻祖。

    1813年，法国建筑师皮卡，在司米顿的工作基础上略加改进，他用三份石灰和一份粘土混合

    煅烧，制造出更好的材料，皮卡的成功使产品更接近水泥了。

    真正的水泥诞生于1824年。英国一个名叫阿普斯丁的工人进一步改进皮卡的配方，用石灰、

    粘土、石灰石、二氧化硅等配料，按不同比例进行了多次试验，不久发明一种粘结剂，由于

    它加水后会硬结，所以称它为“水泥”。又因为它的硬度、颜色和外观和英国波特蓝岛出产

    的石材十分相似，因此，阿普斯丁称它为“波特蓝”水泥，并以这个名字登记了专利。不久

    ，波特蓝水泥在英国建筑泰晤河底隧道，贡献出不朽的力量。

    说来也巧，就在阿普斯丁发明水泥的同时，俄罗斯的建筑师契利耶夫也找到像阿普斯丁的方

    法，他在1825年出版的《适用水下建筑工程如运河、桥梁、贮水池、堤坝、隧道和砖木结构

    粉刷等的品质优良，价格低廉的泥灰土或水泥的制造方法指南》书中曾叙述，将一份石灰和

    一份粘土加水拌和，制成砖坯，放在炉里煅烧，等烧到白热后取出，再将它碾成粉状用筛筛

    过后，就可得到水泥了。

    应该说，经过司米顿、皮卡、阿普斯丁和契利耶夫等人的努力，建筑业的宠儿——水泥宣

    告出世，这是一件了不起的发明，其中作为建筑工人的阿普斯丁被作为水泥发明人载入史册

    ，也是当之无愧的，因为他不仅最早登记了专利，而且，他为制造真正水泥创办了第一家规

    模较大的水泥工厂。

    技术进步成果显著

    19世纪初，当现代水泥问世以后，人们在使用中发现，这种水泥坚固耐压，可以随心所欲地

    做成各种形状是它的优点；凝结以后容易收缩，造成细小的裂缝是它的缺点。这一缺点的存

    在使它在地下工程的使用中受到了限制，因为水容易从这些细缝中渗漏进来。

    就在众多建筑师对此束手无策之际，法国有一个名不见经传的普通泥瓦匠使出了绝招，凡经

    他粉刷的地窖，无一发生渗水现象。他运用的是什么法宝呢?

    原来，他在水泥中掺了一些牛和羊的血。这位聪明的泥瓦匠从古罗马人掺尿液、中国人掺糯

    米糊以及油漆工在白垩粉中拌牛羊血中获得启发，取得了成功。

    以后，专门研究水泥的专家们发现了各种各样的水泥添加剂，发明了各具功能的特种水泥。

    他们用石膏来调节水泥的凝结时间，发明了快硬水泥、缓凝水泥；他们将水玻璃、石英砂和

    氟硅酸钠调和在一起，干燥以后再磨细，制成了耐酸水泥；他们将耐碱的花岗岩、白云岩、

    石灰岩等加进去，发明了耐碱水泥；他们还在普通水泥中加入了耐火性能特别好的玄武岩、

    矿渣、粘土和矾土等，发明了耐火水泥混凝土……

    栋梁之材建筑主角

    水泥的早期作用主要在于胶结建筑材料，在建筑物表面涂敷以满足建筑美学的要求，这时水

    泥的地位还是辅助性的，混凝土的出现开始把水泥推向建筑舞台的主角位置。

    混凝土是指水泥、沙、石头的混合物加水成浆，然后凝结形成的物质。这种材料由于加入了

    硬度较高的沙石，因而具有很高的抗压强度；沙石的加入减少了水泥的用量，具有较好的经

    济性。浆状的混凝土采用合适的模子可以做成所要求的形状，具有很好的可塑性。因而混凝

    土一经出现，就在底基、路基等建筑中大显身手，在很大范围内替代了传统的砖石材料。然

    而混凝土并不完美，抗拉强度低，使它的应用只局限于承压物。

    为弥补这一不足，钢筋混凝土出现了。一系列科学试验研究结果表明，钢材能够与混凝土很

    好结合，两者的热膨胀系数又十分接近，钢材良好的抗拉能力恰好弥补了混凝土这方面的不

    足，因而钢筋混凝土一跃而成为建筑业中的主体，作为建筑栋梁，作为基座，它已完全替代

    传统的木材或石材。钢筋混凝土营造的一个个惊世之作举不胜举，大大的影响和改变着人们

    的生活。

    同时，人类已在悄悄地探寻轻骨料的混凝土，包括金属纤维、玻璃纤维、树脂纤维，甚至木

    材纤维作为骨料，其中的一些已付诸实施。如德国用玻璃混凝土制造出薄壳屋顶，直径达31

    ，厚度只有1厘米。轻骨料混凝土通过合理布置增强相，减轻自身的重量，使构件的尺寸减

    少，而仍保持较高的承载能力。这方面的研究会在今后很长一段时间内成为建筑材料的热点

    。

    在生产技术改进的同时，出于强度需要及资源利用等原因，水泥的种类也日趋丰富。波特兰

    水泥主要由二氧化硅(约占20%)和氧化钙组成，可形成复杂化合物硅酸钙，同样的还有硅酸

    铝等类水泥。由于它们都有二氧化硅存在，因而我国把这类水泥通称为硅酸盐水泥。硅酸盐

    水泥也是组成其他各类水泥的基本成份。

    近几十年来材料研究人员把煤燃烧中产生的飞灰、炼铁时形成的废渣、一些矿物的尾砂等与

    水泥熟料相混合，粉碎研磨，制出了矿渣水泥，其矿渣含量可达20%～85%。研究表明，这种

    水泥仍具有与波特兰水泥相同的质量，成本却大大降低了，既提高了资源的利用率，又减少

    了对环境的污染，因而在水泥的大家庭中，矿渣水泥占据着重要的地位。

    为了克服水泥怕水的弱点，科研人员发明了一种“防水水泥”。他们在将水泥磨细时加进一

    种称为“石油酸钠皂”的不怕水的物质，磨出来的每一颗水泥粉末表面都会有一层防水薄膜

    ，水就不容易渗透进去使它变硬结块了。在使用之时，水泥颗粒外的防水膜非常薄，只需要

    将它和沙子、石块放在一起，加上水搅拌时，砂石的磨擦自然会轻而易举地脱去这层膜，恢

    复水泥的“庐山真面目”。这种防水水泥不仅运输、贮存方便，用它配成的混凝土膨胀程度

    小、耐腐蚀性能好、粘性强，而且不怕冻。

    由于制成水泥的原料中含有人称“黑色金属”的铁和锰的成份，因此水泥一般呈青灰色。

    科研人员发现制瓷器的高岭土基本不含有铁质，可以用来制造无色水泥。

    有了白粘土，还要有白石头。尽管白石头不少，但有的不适合烧制水泥，有的又价格昂贵，

    最后，他们选中了海滩上的白贝壳，它不是和石灰石成份基本相同吗?

    终于，洁白的水泥出现了。

    有了白水泥，科研人员又在其中加入各种颜料，彩色水泥便呈现在了人们面前：加铬酸铅成

    了黄色水泥，加氧化铬成了绿色水泥，加氧化钒成了红色水泥，加硫化锡成了金色水泥……

    有一种“气象水泥”，也是在白水泥中加入了二氯化钴及某些特种颜料后发明出来的。空气

    干燥时，它的颜色是蓝色的；空气潮湿将要下雨时，它因吸收水分而变成红蓝夹杂的紫色；

    下雨空气温度很大时，它又会由于大量吸收水分而变成鲜艳的玫瑰红色。

    水泥，这种神奇的几乎无所不在的物质，已使世界“面目全非”，甚至人类的许多生活方式

    也因之而改变。事实上，它改变世界的步子还没有停下来，而且丝毫看不出一丝想要减缓的

    迹象!

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