科技小故事

水泥的发明

陕西科技报
  18世纪中叶,英国迅速崛起,海上交通格外繁忙。工程师斯密顿奉命在英吉利海峡筑起一座灯塔,为过往这里的船只导航引路。
  然而灯塔的建设问题把斯密顿难住了。在水下用石灰砂浆砌砖?灰浆一见水就成了稀汤。用石头沉入海中?哪能经得起海浪的冲击……
  经过无数次试验,他用石灰石、砂子和铁渣等经过煅烧、粉碎并用水调和后,注入水中。这种混合料在水中不但没有被冲稀,反而越来越牢固。就这样,他在英吉利海峡筑起了第一座航标灯塔。
  不久,英国一位叫亚斯普丁的石匠摸索出石灰、铁渣等原料最合适的比例,进一步完善了混合料的方法。1824年,亚斯普丁的这一项发明取得了专利。由于这种胶质材料硬化后的颜色和强度同波特兰地方出产的石材十分相近,故他取名为“波特兰水泥”。从此,水泥便沿用下来。
  在此之前,地下建筑物的施工很费劲,砌石或砌砖的浆料要用江米煮成糊状和石灰混在一起,墙基还要用暗沟排水,且在水下筑坝更困难。自从有了这种奇特的水泥,这些难题均不在话下。因此,水泥在人类建筑史上起着划时代的作用,它是现代一切防水建筑物的材料基础。
  1867年,老花匠约瑟夫·莫尼埃进行了著名的铁丝网混凝土花盆实验。1877年,约瑟夫·莫尼埃为结构用的混凝土申请了专利,带来的立筋和水平横筋形成框架,表面浇筑混凝土的做法沿用至今。1890年,弗朗索瓦·埃纳比克获得钢筋混凝土建造方法的垄断权,利用木模板进行现场浇筑。
  随着建筑物高度越来越高,对于混凝土强度的要求也越来越大。为了提高混凝土强度,就要少加水,少加水又会造成混凝土搅拌不开的局面,在这窘境之下有人提出了加入减水剂的方法。
  加入减水剂最显而易见的好处就是可以减少混凝土的用水,让混凝土的内部结构更加致密,不仅大幅提高强度,而且孔隙少了,提高了耐久性。钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环等问题仍会对混凝土的结构造成损伤;此外在高温下,混凝土中的氢氧化钙会分化,其中的水分会快速蒸发,这对建筑物本身而言可以说是毁灭性的破坏。混凝土材料的改良也一直是建筑材料学家热切关心的问题,其中对于超高性能混凝土(UPHC)的研究应用,可以说是当今水泥基材料发展的主要方向之一。
  如今,许多建筑物再也不只是“介”字形、低矮的、小型的和暗淡的,而是平顶式的、高大的、巨型的和明亮的。各种建筑物的造型可通过浇注方法完成。它们形态各异、气象万千,街道两边的大厦、大楼跌宕起伏、高低错落,使各大都市展现出前所未有的雄姿风采。
  混凝土的出现,让不论是美国密西西比河、巴西亚马孙河,还是我国长江,再也不是难以逾越的天堑……一座座长虹般的钢筋水泥大桥横跨在江面,汽车东西穿梭,南来北往。
  随着中国经济的蓬勃发展,中国的基建工程尤其是超高层建筑对混凝土的需求量很大,研究高性能混凝土、改良施工手段的重担落在了中国工程师们的头上。相信在不久的未来,混凝土一定能够被更加深入地研究,从而能够更好地服务于人类的生活中。

(张军)