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水泥

2014-11-14

小学科学 2014年6期
关键词:黏合剂石灰石灯塔

请环顾你家周围,看看有没有建筑工地?在建筑工地上,有一种材料特别常见,它构成了现代建筑的主体,这种材料其貌不扬,连名字都稀松平常,它就是水泥。

古代“水泥”

水泥几乎可以称得上是现代人类文明的基础,是现代社会不可或缺的大宗产品。可是,在古代,虽然没有水泥,却有类似的建筑用黏合剂可以使用。

古埃及人最开始用尼罗河的泥浆砌筑未经煅烧的土砖,并在泥浆中掺入砂子和草,以确保强度。用这种材料建造的建筑物不耐水,经不住雨淋和河水冲刷,但在干燥地区却可保存多年。后来,大约在5000年前,古埃及人开始采用煅烧石膏作建筑胶凝材料,很多金字塔的建造中都使用了煅烧石膏。而古希腊人则采用石灰来黏合各种材料,后来的古罗马继承了古希腊的建筑方法,发展出了石灰、火山灰、砂子混合而成的“罗马砂浆”。罗马砂浆是古代的优秀建筑用黏合剂,古罗马的很多建筑都使用了罗马砂浆,并保留到了今天。

在我国古代,不同时代的人们使用不同配方的“三合土”,同样修建了大量传承千古的优秀建筑。但是,不管是中国还是西方,在进入近代之前,都没有发明水泥。有时候,发明需要一些偶然的运气,甚至是一些貌似“倒霉”的际遇……

一座灯塔的倒掉

从14世纪开始,欧洲的很多国家和地区走上了大航海之路,人类现代文明由此发端。大航海离不开配套的设施,帆船、水手自不必说,还有一样东西必不可少,那就是灯塔。

话说公元1756年的一天,英国英吉利海峡南端的一座灯塔突然倒塌,给航海者们带来了莫大的不便。这座灯塔是怎么坏的?原来,当时的灯塔大多数依旧使用罗马砂浆来建筑,罗马砂浆虽然有一定耐水性能,但经不住海水长期的腐蚀和冲刷,时间长了,损坏甚至倒塌便在所难免。

海上没有灯塔可不行!英国政府立即派遣工程师J·史密斯前去抢修。按照传统的方法,重修灯塔还是要用罗马砂浆,而罗马砂浆中最重要的石灰需要用石灰石来烧制。史密斯赶紧命人运送石灰石前往海滩,希望赶得上工期。谁料,新运到的石灰石令史密斯傻了眼——这批石灰石中含有大量黑色的杂土!

如果用这种石灰石来烧制石灰,恐怕会严重影响质量吧?但是又来不及另调新的石灰石,若是耽误工期,国王怪罪,谁也担不起!无奈,史密斯将含有杂质的石灰石投入了熔炉,开始煅烧。

意外获得新发现

很快,新的石灰烧制出来了。这批石灰应运于灯塔的重建,效果竟然出奇的好,远远超出了传统罗马砂浆的黏合性能。这一意外所得,令史密斯大跌眼镜——这难道是那些黑色的杂土在起作用?

抱着这样的疑惑,史密斯进行了大量实验,最终证实了他的猜想。那些黑色的杂土,主要是黏土,在石灰石原料中加入一些黏土,经煅烧和细磨处理后,加水制成的砂浆能慢慢硬化,在海水中的强度较“罗马砂浆”高很多,更能承受海水的冲刷。重新修建而成的灯塔名叫埃迪斯通灯塔,至今还在。

不过,史密斯并没有为他的发现申请专利,却逢人便讲。于是,越来越多的人知道了这个秘方……

现代水泥诞生

在史密斯发现黏土石灰秘密之后的几十年,类似的建筑用黏合剂逐渐开始替代罗马砂浆,成为人们盖房建屋的优选材料。但这种材料还远未进化完成,直到J·阿斯普丁出现。

阿斯普丁是英国利兹市的一名泥水匠。这位先生生性聪慧且勤于动脑,他仔细研究了史密斯的配方,联想到古罗马人为了增强石灰的黏性而向石灰中添加火山灰材料。于是,他尝试将陶片、砖瓦磨成细粉,加入石灰石中高温煅烧,获得了理想的结果。随后,他进一步尝试将煤渣和经过高温冶炼的矿渣加入进去,效果更是出乎意料!

于是,阿斯普丁在反复实验的基础上,总结出石灰、黏土、矿渣等各种原料之间的比例,以及生产这种混合材料的方法,从而发明出了一种划时代的建筑用黏合剂。阿斯普丁为自己的发明起名“波特兰水泥”,并申请了专利。公元1824年10月21日,阿斯普丁获得了英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书。一举成为流芳百世的水泥发明人。

此后,无数工程师不断地改进着水泥的性能。直到今日,水泥都是建筑领域不可或缺的材料,甚至在可预见的未来,这一地位都不会有什么太大的改变。endprint

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