水泥的历史
文章来源http://xuexi88.blogspot.com/
人类使用水泥并不是近代的事,远在古埃及和希腊时代,人们就知道用水泥来黏合石材和砖块,建造各种建筑物。到了罗马时代,这项技术更是发展至相当高的水准。
古代所用的水泥成分主要是石灰泥,也就是生石灰(CaO)和砂子的溷合物。其强度的产生,并非靠最初加入水时石灰的消化作用(CaO+H2O→Ca(OH)2↓)而来,而是后来由于长期接触空气,吸收其中的二氧化碳而产生碳酸钙(Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O)的缘故。罗马时代许多伟大的建筑至今仍屹立无恙,实足以证明其水泥品质之优良——这主要是由于其中加了硅土质,使其强度与耐水性大为增加。这种「罗马水泥」优异的特性,使它一直被人广泛使用。直到十八世纪末,未曾有过重大的改进和发展。
现代较常用的波特兰水泥(portland cement),一般均认为是由一位英国里芝市(Leeds)的建筑师Joseph Aspdin所发明(他在 1824 年申请获得专利)。其制造方法是以一定比例的石灰石(碳酸钙)和黏土(硅酸铝),溷合置于窑中烧制而成。此法至今仍无重大改变。在烧制时,原料熔成块状,磨成细粉后即成水泥,其中所含的硅酸钙,就是促使水泥具有 「水硬性」(hydraulic character)的主因。所谓水硬性意即加水后会硬化的性质。与古代水泥不同的是,波特兰水泥即使在水中都能够凝固硬化,同时也具有长久的耐水性。它的首次大规模应用,是在1825 至 1834 年的泰晤士河隧道建筑工程。
波特兰水泥至今仍是建筑方面应用最广且最重要的水泥。其中最常见的使用法,是将水泥、砂子和碎石溷合起来,形成所谓的溷凝土。其他具有特殊用途——如快乾性、放热低及抗硫性的水泥,也逐渐发展出来了;不过它们的成分或制造方法并无很大差异。
唯一较特殊的是高铝水泥( high-alumina cement),它虽然也同样的具有水硬性,不过其化学的组成及水合的特性却与普通水泥大异其趣。高铝水泥是在第一次世界大战后由法国发明,采用铝矾土和石灰石烧制而成,是专为耐抗硫酸盐的腐蚀而设计的。因为在一些如火山带的特殊环境中,普通水泥会受到硫酸盐的侵蚀,所以改用高铝水泥来克服建筑上的难题。此外,它还具有快乾的优点,尤其是在一些紧急修护工程和预铸溷凝土方面,此项优点大可抵偿其较高的成本。
不过,高铝水泥调成的溷凝土在长时期的强度上,却有重大的缺陷,尤其是在一些高负载的应用里,更可能引起严重的问题。事实上,目前大部分国家在基础结构工程上,都尽量避免使用高铝水泥,以防止由于高铝溷凝土的老化,而引致建筑物的崩塌。
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人类使用水泥并不是近代的事,远在古埃及和希腊时代,人们就知道用水泥来黏合石材和砖块,建造各种建筑物。到了罗马时代,这项技术更是发展至相当高的水准。
古代所用的水泥成分主要是石灰泥,也就是生石灰(CaO)和砂子的溷合物。其强度的产生,并非靠最初加入水时石灰的消化作用(CaO+H2O→Ca(OH)2↓)而来,而是后来由于长期接触空气,吸收其中的二氧化碳而产生碳酸钙(Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O)的缘故。罗马时代许多伟大的建筑至今仍屹立无恙,实足以证明其水泥品质之优良——这主要是由于其中加了硅土质,使其强度与耐水性大为增加。这种「罗马水泥」优异的特性,使它一直被人广泛使用。直到十八世纪末,未曾有过重大的改进和发展。
现代较常用的波特兰水泥(portland cement),一般均认为是由一位英国里芝市(Leeds)的建筑师Joseph Aspdin所发明(他在 1824 年申请获得专利)。其制造方法是以一定比例的石灰石(碳酸钙)和黏土(硅酸铝),溷合置于窑中烧制而成。此法至今仍无重大改变。在烧制时,原料熔成块状,磨成细粉后即成水泥,其中所含的硅酸钙,就是促使水泥具有 「水硬性」(hydraulic character)的主因。所谓水硬性意即加水后会硬化的性质。与古代水泥不同的是,波特兰水泥即使在水中都能够凝固硬化,同时也具有长久的耐水性。它的首次大规模应用,是在1825 至 1834 年的泰晤士河隧道建筑工程。
波特兰水泥至今仍是建筑方面应用最广且最重要的水泥。其中最常见的使用法,是将水泥、砂子和碎石溷合起来,形成所谓的溷凝土。其他具有特殊用途——如快乾性、放热低及抗硫性的水泥,也逐渐发展出来了;不过它们的成分或制造方法并无很大差异。
唯一较特殊的是高铝水泥( high-alumina cement),它虽然也同样的具有水硬性,不过其化学的组成及水合的特性却与普通水泥大异其趣。高铝水泥是在第一次世界大战后由法国发明,采用铝矾土和石灰石烧制而成,是专为耐抗硫酸盐的腐蚀而设计的。因为在一些如火山带的特殊环境中,普通水泥会受到硫酸盐的侵蚀,所以改用高铝水泥来克服建筑上的难题。此外,它还具有快乾的优点,尤其是在一些紧急修护工程和预铸溷凝土方面,此项优点大可抵偿其较高的成本。
不过,高铝水泥调成的溷凝土在长时期的强度上,却有重大的缺陷,尤其是在一些高负载的应用里,更可能引起严重的问题。事实上,目前大部分国家在基础结构工程上,都尽量避免使用高铝水泥,以防止由于高铝溷凝土的老化,而引致建筑物的崩塌。