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从1200万年前的天然水泥,到1867年的钢筋混凝土

混凝土是一种用于建筑结构的材料,

由骨料(通常由不同类型的砂和砾石制成)这种硬质化学惰性颗粒物质组成,通过水泥和水粘合在一起。

骨料分细骨料和粗骨料两种。

其中细骨料粒径0.16-5mm,多为河沙,海砂及山沙;

粗骨料粒径大于5mm,有碎石和卵石两种,

碎石制作混凝土强度较高,但流动性小。

而混凝土的重要组成部分——水泥,它的历史比我们所想的更久远。


20mm粗骨料



古代的水泥 

 Cement in Antiquity 


水泥被认为比人类本身更古老,

在大约1200万年前,燃烧的石灰石与油页岩反应后,水泥便自然形成。

而混凝土的历史可以追溯到公元前至少6500年,

当时纳巴泰王国(Nabatea,既今日的叙利亚和约旦地区)使用了现代混凝土的前身来建造仍遗留至今的建筑。

亚述人和巴比伦人使用粘土作为粘结物质,

埃及人使用石灰和石膏水泥,

而当时的纳巴泰人则发明了一种早期形式的水硬性混凝土 

 使用石灰石的同时加入水会使它变得坚硬。


纳巴泰人在佩特拉古城



佩特拉干旱的峡谷地区

利用水泥填补蓄水池的表面使之平

(图中蓄水池长18.2 m,宽6 m,深3.6 m)


佩特拉水池


而在古罗马的建筑史中,

混凝土作为建筑材料的采用改变了整个罗马帝国后期的建筑,

使得那些在早期采用石头的建造方法而无法建造出的结构和设计变得可能

突然间,

拱门以及那些彰显罗马人雄心勃勃的美观建筑变得更容易建造。

罗马人用混凝土建造了许多如今仍是地标性的建筑,

如浴场、罗马竞技场、万神殿等。



马卡拉卡拉浴场

其巨大的墙壁和拱门至今仍屹立不倒




罗马万神殿顶部建筑在十五世纪前一直是世界上最大的圆顶

也是迄今为止最大的非钢筋实心混凝土圆顶



然而,

随着中世纪的的到来使得这种艺术野心随着科学进步却逐渐减弱。

事实上,

在中世纪有许多用于制造和使用混凝土的技术的出现。

但直到这段时期过去很久之后,混凝土的应用发展才又向前迈出了一步。




 启蒙时代 

 The Age of Enlightenment 

1756年,

英国工程师约翰·史密顿(John Smeaton)

通过添加鹅卵石作为粗骨料并将动力砖混合到水泥中,

第一次制成了现代意义上混凝土。

为了建造第三座埃迪斯通灯塔,

Smeaton开发了他的混凝土新配方,他的创新推动了混凝土在现代建筑中的使用。

1824年,

英国发明家约瑟夫·阿斯普丁(Joseph Aspdin)发明了波特兰水泥(Portland Cement),

该水泥一直是混凝土生产中使用的主要形式。

Aspdin通过将石灰石和粘土一起燃烧,创造了真正意义上的人工水泥。

燃烧过程改变了材料的化学性质,使得Aspdin可以生产比普通粉碎石灰岩更强的水泥。


约翰·斯梅顿的肖像,背景为埃迪斯通灯塔




波特兰水泥板在伦敦格罗夫纳庄园外墙上的装饰用途




 工业革命 

 The Industrial Revolution 


混凝土向前迈出历史性的一步,是在混凝土中嵌入金属(通常是钢),形成了现在我们所熟悉的的钢筋混凝土

钢筋混凝土在1849年由约瑟夫·莫尼尔(Joseph Monier)发明,他于1867年获得专利。

Monier是一位巴黎园丁,他用铁网加固的混凝土制作花园花盆。

在制作的过程中,发现混凝土中嵌入金属可以同时结合金属的拉伸、可弯曲性和混凝土的抗压性而承受更重载荷。

在1867年的巴黎博览会上,Monier展示了他的发明。

除了他的钢筋混凝土花盆之外,Monier还将钢筋混凝土推广用于铁路枕木,管道,地板和拱门的建造中。

通过他的努力,最终将钢筋混凝土运用建造成第一座钢筋混凝土桥梁以及胡佛大坝和大库利大坝等大型结构。



重型钢筋混凝土柱在钢筋笼周围浇筑混凝土之前和之后



用混凝土填充完后的胡佛大坝