當代建築的糧食 水泥,是如何製造的,經歷了怎樣的發明過程

2022-05-02 09:49:48 字數 5109 閱讀 4942

1樓:艾伯史密斯

水泥是建築當中的膠凝材料,現代水泥的發明可以追溯到2023年,我們常見的水泥主要成分是矽酸鹽,矽酸鹽通過水化反應後會凝結和硬化,與沙石結合成牢固的混凝土結構,其餘還有鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥等等。

水泥號稱「當代建築的糧食」,水泥加上地球表面隨處可見的沙石,再與水混合後,就能形成牢固的混凝土結構,可以說水泥是建築行業中最偉大的發明,對人類社會的發展有著重要意義,現代水泥的發明並不是一蹴而就的,其中經歷了很多次的改進。

古代建築

在古時候,不同文明都發明了不同的建築膠凝材料,比如古埃及人使用煅燒石膏作為膠凝材料,古希臘人則使用石灰;後來羅馬人改進了古希臘人的方法,羅馬人先把石灰加水溶解,再與沙子混合成砂漿,有條件的地方還會加入磨細的火山灰製成羅馬泥漿,這樣修築的建築物更加牢固,使得很多羅馬建築物保留至今。

中國古代也發明了獨特的凝膠材料,比如中國長城的修建經歷20多個朝代,其中有一部分使用了石灰進行黏合,有的用黃泥漿,有的則用了糯公尺砂漿等等。

在南北朝時期(公元5世紀前後),中國人發明了一種名為「三合土」的膠凝材料,由石灰、黏土和細砂組成,到了明朝有了石灰、陶粉和碎石組成的三合土,清朝又有了石灰、爐渣和沙子組成的三合土,三合土與羅馬泥漿很相似,凝固後都具有很高的強度和防水效能,非常適合建造古代大型建築物。

中國古代的建築工法在很長一段時間內領先於西方,其膠凝材料也是豐富多樣,甚至還會在膠凝材料中加入有機物(比如糯公尺湯、桐油、血料等等)改變其特性,但是在16世紀後,西方科學技術的發展,開始逐漸全面超越中國。

現代水泥

羅馬砂漿在西方應用了很長一段時間,雖然具有很好的強度和防水性,但是羅馬砂漿經不起海水的浸泡和沖刷;在18世紀,英國航海業領先全世界,在航海領域中,燈塔可以在很遠的地方引導船隻,但是當時的燈塔經常損壞,於是英國撥款給當時的工程師史密頓,讓他承擔建設燈塔的任務。

在2023年,史密頓研究石灰、火山灰和沙子對砂漿效能的影響,發現含有黏土的石灰石經過煅燒細磨之後,再加水形成的砂漿,在凝固後具有抵抗海水侵蝕的作用,開啟了現代水泥的研究之路,他還建造了著名的普利茅斯港大燈塔。

在2023年,英國人派克將黏土質石灰岩(泥灰岩)製成料球,在高溫下煅燒後再磨細,得到一種新的水泥,稱作羅馬水泥(又名天然水泥),並申請了專利。

2023年10月24日,英國泥水匠阿斯譜丁發明了一種全新的水泥並獲得專利——波特蘭水泥,也就是我們常見的矽酸鹽水泥,波特蘭水泥具有非常好的建築效能,被譽為當代建築的糧食,此後的水泥都是對波特蘭水泥的改進。

波特蘭水泥最初的製造方法:是把石灰石磨細,加入定量的黏土,摻水後攪拌均勻形成泥漿,然後再將泥漿置於盤上加熱,乾燥後敲碎再進行煅燒,待石灰石中的碳酸氣體全部逸出,然後冷卻、打碎和磨細,就成了矽酸鹽水泥。

水泥的水化反應

水化反應是指溶質在水中溶解後,溶質分子和水分子結合成水合分子,比如無水硫酸銅變為水硫酸銅:

cuso4+5h2o==cuso4·5h2o;

本質上硫酸銅分子和水分子並沒有在分子層面發生改變,但是五個水分子和乙個硫酸銅分子,就能聚在一起形成相對穩定的結構。

一般的矽酸鹽水泥成分是矽酸鈣鹽,主要含有矽酸三鈣(3cao·sio2),矽酸二鈣(2cao·sio2),鋁酸三鈣(3cao·al2o3)、鐵鋁酸四鈣(4cao·al2o3·fe2o3)等,這些物質都能與水發生水化反應:

水泥經過水化反應之後,就會凝固和硬化,與沙子一起形成堅硬的混凝土;另外,水化反應還受溫度、濕度、水量、新增物等等因素的影響,有的影響最終強度,有的影響凝固時間,在一些特殊的場合下,需要使用特定功能的水泥。

不同功能的水泥

經過數百年的發展,水泥已經形成了一門相當專業的學科,人們針對不同的應用場合,發明了不同功能的水泥,比如有抗酸性的、抗海水侵蝕的、抗凍的、耐高溫的、速凝的、水下澆築的等等;另外,在水泥中加入不同的新增劑,也能很大程度上改變水泥的特性。

比如下面幾種情況:

(1)在抗洪搶險中使用速凝水泥,以及加入水泥速凝劑,凝固時間只有幾分鐘。

(2)水泥凝固過程中會釋放熱量,如果凝固太快,可能會導致混凝土內部存在形變,於是對於一些較大的澆築物,需要加入水泥緩凝劑來延長凝固時間。

(3)對於一些可能處於低溫的建築物,在水泥中加入防凍劑,來降低低溫對混凝土的影響。

(4)鋁酸鹽水泥一般具有較高的耐熱性,常在高溫建築物中使用。

相關資料顯示,在2023年全球水泥產量39.5億噸,中國的水泥產量22.1億噸,佔了全球產量的56%;而2023年中國水泥的進口量大約為1360萬噸,出口量大約為460萬噸,相比產量而言並不多,所以國內水泥生產量基本被國內消化了,這也是我國基建發展的體現。

2樓:鹿凵雙子座

最開始的水泥是古希臘人的石灰,後來被一步一步的改良成為現在的水泥,加入沙子石頭就可以變成牢固的建築材料混凝土了。

3樓:喜歡毛絨絨的

水泥是經過長時間的改造而成了現代建築用的水泥,古代的時候人們一般都是用草木灰做原料建房子,用草木灰建造的房子並不穩定,到了再往後一些就把草木灰換成了石膏,然後慢慢的就演變成了現在的水泥。

4樓:c春夏學姐

在我們古代一直採用泥土和石頭來製造房子,而在人類不斷地發展中,人們發現幾種東西放在一起可以變得更加牢固,直到現在我們已經可以配置合理的混凝土。

5樓:鹿凵小童鞋

2023年人類發明出了水泥,水泥的主要成分是矽酸鹽,可以與沙子石頭結合在一起形成牢固的混凝土結構,慢慢的被廣泛的應用在建築行業。

6樓:

從古至今,這些建築物他們需要的原材料就一直在不斷地演變。由最初普通的石灰,後來就逐漸的演變成了現在的水泥,變得如此牢靠。

水泥的發明者是誰?

7樓:s向隅姑娘

水泥的發明者是英國工程師j.斯公尺頓。2023年,英國工程師j.

斯公尺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,必須採用含有粘土的石灰石來燒製;用於水下建築的砌築砂漿,最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。

2023年,英國人j.帕克用泥灰岩燒製出了一種水泥,外觀呈棕色,很像古羅馬時代的石灰和火山灰混合物,命名為羅馬水泥。因為它是採用天然泥灰岩作原料,不經配料直接燒製而成的,故又名天然水泥。

具有良好的水硬性和快凝特性,特別適用於與水接觸的工程。

水泥的分類

水泥按用途及效能分為:

(1)通用水泥: 一般土木建築工程通常採用的水泥。通用水泥主要是指:

gb175—2007規定的六大類水泥,即矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥和復合矽酸鹽水泥。

(2)專用水泥:專門用途的水泥。如:g級油井水泥,道路矽酸鹽水泥。

(3)特性水泥:某種效能比較突出的水泥。如:快硬矽酸鹽水泥、低熱礦渣矽酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、磷鋁酸鹽水泥和磷酸鹽水泥。

8樓:風

水泥這個詞的意思是粘合劑。所以骨膠和漿粘也可以說和水泥是同一類物質。但今天我們所說的水泥,只指矽酸鹽水泥。

矽酸鹽水泥雖是在19世紀發明的,但早在2023年前的古代,羅馬人在建造磚房時,就對如何使磚和磚相粘合進行熱心的研究。

羅馬人首先使用石灰做磚的粘合劑。普通的石灰叫做生石灰,加水則變成粘粘的熟石灰,摻進砂子則是灰漿。灰漿在空氣中吸進二氧化碳,變成碳酸鈣而逐漸凝固。

所以,可以利用灰漿做為磚的粘合劑。

然而,羅馬人又進一步用石灰、石膏和火山灰混合焙燒而發明了更優質的粘合劑。這與今天所使用的水泥在性質上及其相似,羅馬人還把這種粘合劑當作鋼筋水泥那樣使用。在羅馬的建築中,多是採用石、磚分兩層砌牆,中間加進這種「水泥」,使其凝固的建築方法。

由於羅馬人發明了這種優秀的「水泥」,所以後來在歐洲一直使用這種羅馬式「水泥」。

但到了18世紀,由於發明了蒸汽機和紡織機而發生了產業革命。為了運輸大量的產品,十分需要優質水泥,羅馬式「水泥」就不敷使用了。正因為「需要是發明之母」,新的發明才能繼續出現。

2023年,英國普利茅斯港口的乙個燈塔失火,**命令技師史密頓重建新燈塔。史密頓首先集中石灰岩焙燒水泥。可是送來的卻是又帶黑色,又質劣的石灰岩。

那時,認為只有白質的石灰才能製出優等水泥,史密頓只好改變主意,用這種黑色石灰岩來燒製水泥。可是一看生產出來的水泥,遠比用純白的石灰岩燒製出來的水泥好得多。史密頓吃驚地對其原因進行了分析,原來,這種黑色石灰岩裡含有粘土。

「大概就是因為有粘土才使水泥變得更好吧!」

於是他在含粘土少的石灰岩中加進粘土進行焙燒實驗,終於弄清含粘土量6~20%的石灰岩是焙燒水泥的最佳原料。

這樣,史密頓用這種黑色石灰岩燒製成的水泥建成了壯觀的燈塔。

史密頓成功的訊息不久就傳遍歐洲各國。法國的土木技師們也象英國一樣急需堅固的水泥,他們馬上按史密頓的研究進行試驗。但弄不到含粘土的黑色石灰央,也只好採用石灰岩裡加粘土的辦法。

法國的土木技師畢加也熱心地進行了研究。

2023年,他終於發現了石灰和粘土按三比一混合製成的水泥效能最好。

2023年,英國的約瑟夫·阿斯普丁在畢加研究的基礎上,把三成石灰岩與一成粘土的混合物在爐裡燒製成粉末,製成了水泥。他把這種水泥命名為「矽酸鹽水泥」。阿斯普丁的兒子威廉·阿斯普丁繼承父志,繼續研究水泥的製造法。

一般都認為矽酸鹽水泥是阿普斯丁父子發明的。實際上他們是利用畢加的研究成果製成的。

這時,在法國又發明了一種新的水泥。

2023年,比埃利用鋁礦石的鐵礬土代替粘土,混合石灰岩燒製成了水泥。由於這種水泥含有大量的氧化鋁,所以叫做「礬土水泥」。

矽酸鹽水泥怕海水,不宜用於建造燈塔、港口和碼頭,而這種礬土水泥卻有怕海水的特長。

這樣,以英法兩國的研究競賽為中心,在歐洲大量生產出優質的水泥,不久傳入美國和日本。

日本最早建造水泥廠是2023年,比法國的比埃發明礬土水泥還早30年。

那時在英國,燒製水泥的焙燒爐還不夠完善。在日本建成水泥廠6年後,2023年,英國的克蘭普頓發明了回轉爐,並於2023年經蘭薩姆改革成更好的回轉爐。

日本大量使用水泥是從2023年開始的,2023年,遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的矽酸鹽水泥,並取得專利權,這比法國的比埃爾發明的不怕海水的礬土水泥還要早。

後來,隨著道路、橋梁和近代建築的發展對水泥的需求越來越大,日本的水泥工業也以超越歐美的速度蓬勃發展起來。

由於日本早在法國的比埃發明礬土水泥之前已經生產了水泥,所以直到今日,在日本仍然以製造矽酸鹽水泥為主。

近年來,已用生產陶瓷器的白色粘土來代替黑色粘土做原料生產白色水泥。

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