讓人們住進高樓的發明——水泥發明200年

在古代，建筑的主流形式是平層，要想把房子蓋到二三層，那可是一件成本頗高的事情。到了20世紀，人們開始涌進了高樓大廈。究竟是什么原因突然改變了人們的居住方式呢？答案是水泥的發明。

水泥的發明讓世界出現了高樓大廈

古人之所以蓋不出高樓來，最根本的原因是缺少一類東西—抗彎構件，也就是梁和樓板。在古代，建筑的主要材料是木材、石頭、磚和夯土。我們知道，石頭、磚無法彎曲和拉伸。雖然木材可以承擔拉應力，但是其強度和耐久性有限，難以支撐高層的建筑，加之長木材資源稀缺，因此木材并不是理想的高層建筑材料。由此可見，這些材料雖然可以用來建造平層房屋，但由于缺乏抗彎構件，無法支撐多層建筑所需的重量和壓力。

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平層這樣的主流建筑形式一直持續到19世紀。1824年，英國人約瑟夫·阿斯普丁將石灰石與黏土混合煅燒，發明了我們現在使用的水泥。自此，水泥這種神奇的材料讓建筑的面貌發生了翻天覆地的改變：只需將這種灰色的粉末與水、砂子、石子拌在一起，它就變得硬如巖石；只要在里面配上幾根鋼筋，它就能勝任、板、柱、墻等所有工作。

水泥是如何發明的

現代水泥的發明是一個漸進的過程。

18世紀中葉，英國航海業已較發達，但船只觸礁和撞灘等海難事故頻繁發生。為避免海難事故，人們采用燈塔進行導航。當時英國建造燈塔的材料有兩種：木材和“羅馬砂漿”。然而，木材易燃，遇海水易腐爛；“羅馬砂漿”雖然有一定耐水性能，但經不住海水的腐蝕和沖刷。由于材料在海水中不耐久，所以燈塔經常損壞，導致船只無法安全航行，迅速發展的航運業遇到重大障礙。為了建造耐久的燈塔，尋找抗海水侵蝕材料成為當時英國經濟發展中的當務之急。對此，英國國會不惜花費重金禮聘人才。

1756年，英國工程師J.斯米頓在研究某些石灰在水中硬化的特性時發現：要獲得水硬性石灰，必須采用含有黏土的石灰石來燒制；用于水下建筑的砌筑砂漿，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。這個重要的發現為近代水泥的研制和發展奠定了理論基礎。

1796年，英國人J.帕克用泥灰巖燒制出了一種水泥，外觀呈棕色，很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物，因此被命名為“羅馬水泥”。因為它是采用天然泥灰巖作原料直接燒制而成，故又名“天然水泥”。這種水泥具有良好的水硬性和快凝特性，特別適用于與水接觸的工程。

1813年，法國土木技師畢加發現由石灰和黏土按3∶1比例混合制成的水泥性能最好。

1824年，約瑟夫·阿斯普丁發明了波特蘭水泥并取得了專利權。他采用石灰石和黏土作為原料，按一定比例配合后，在類似于燒石灰的立窯內煅燒成熟料，再經磨細制成水泥。這種水泥硬化后的顏色與英格蘭波特蘭島上用于建筑的石頭相似，因此被命名為“波特蘭水泥”。波特蘭水泥具有優良的建筑性能，波特蘭水泥的發明在水泥史上具有劃時代意義。

水泥在中國的歷史

19世紀，當水泥在西方大行其道時，中國人還在使用木頭和磚坯建造民用建筑，使用石頭建造路、橋、城池等公用建筑。直到19世紀末，第一家水泥制造廠出現在河北唐山開平煤礦附近時，大多數中國人都認為這種像面一樣軟綿綿的東西不可能用來建房子。水泥也被當時的中國人稱作“細綿土”。然而事實證明，這種“細綿土”真的能行。驚喜之余，中國人給它取了一個更洋氣的名字—洋灰，這個名字一直被叫到現在。

古代沒有水泥，中國人用什么建房子

石灰砂漿 在很早的時候，人類已經學會使用石灰砂漿了。首先，將石灰石煅燒成石灰，然后將石灰與水混合制成石灰漿。接著，將沙子、礫石等骨料與石灰漿混合攪拌，形成石灰砂漿。石灰砂漿具有較高的黏結力，但也存在一些缺點。由于它的強度相對較低，難以承受較大的荷載和變形，因此在一些大型建筑或重要結構中并不適用。此外，石灰砂漿的耐久性也相對較差，容易受到水、氧氣等因素的影響而發生劣化。

糯米石灰漿 6世紀時，中國出現了一種叫作糯米石灰漿的建筑材料，即把糯米湯摻入石灰砂漿中形成的一種新的復合砂漿。糯米石灰漿的黏性主要來源于糯米中的支鏈淀粉和納米尺度的碳酸鈣顆粒的相互作用，這種相互作用不僅提供了黏性，還顯著增強了材料的強度和耐水性。因此糯米石灰漿的強度遠遠大于純石灰砂漿，非常堅固。明清時期有很多建筑的磚墻都是用糯米石灰漿砌成的，如明長城及各地明城墻等。

【責任編輯】蒲 暉