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混凝土的前世今生 - 知乎

这是一滩平日常见的混凝土,倘若我说它是人类历史上最伟大的建筑材料,您相信吗?听听下面这个故事,您或许会对混凝土刮目相看。

远古建筑的呼唤

公元前7000年,以色列人在建造加利利城时,发现将煅烧的生石灰与沙子混合,通过在空气中硬化后可以形成一种坚固的建筑材料,于是他们用这种方式制造了建筑的地板。经过9000多年风吹雨打,建筑主体结构早已坍塌殆尽,可古老的“混凝土”地板依然存在。

在距今4000多年的古埃及第三王朝时期,古埃及人建造了一个阶梯金字塔。与我们熟悉的由巨石堆砌而成的胡夫大金字塔不同,这座阶梯状金字塔虽然主体用石块搭建,但在石块外层覆盖了石灰,并在金字塔内部用石膏加固。

于是,这座用复合材料建造的金字塔虽然远不如用巨石搭建的胡夫金字塔高大,但有了原始“混凝土”的加持,其阶梯状结构外观并没有随着时光流逝而发生太多改变。

灾难中的经验

公元79年,位于意大利南部的维苏威火山爆发,炙热的熔岩与遮天蔽日的火山灰毁灭了古罗马的庞贝城。

那些在灾难中不幸遇难的人们被厚厚的火山灰覆盖、包裹,火山灰中的大量矿物质结晶让他们的遗骸最终形成了坚硬的人形“塑模”。

维苏威火山虽然给古罗马带来了灾难,但也为当时的建筑发展带来了宝贵的天然原料。古罗马人用火山灰、石灰和海水混合制成了灰浆,再把灰浆和凝灰岩混合在一起注入木质结构的模具中,从而产生了高效、速干的混凝土模块。

有了这种混凝土,建造高大的建筑变得更加容易。也正是依靠混凝土,古罗马建筑艺术得到蓬勃发展——拥有巨大穹顶的万神庙和遍布拱门的斗兽场至今依然屹立,成为了城市历史的纪念碑。

罗马帝国覆灭后,因为技术的缺失和欧洲大陆战乱频繁,煅烧石灰并使用火山灰加工混凝土的技术一度消失,大量城堡等纯石制建筑开始出现。

混凝土技术的缺失不仅改变了西方建筑的结构,也间接影响了其艺术表现形式:新兴的哥特式建筑把古罗马建筑的承重由混凝土墙壁转移到石制柱子上,并利用拱形、飞扶壁等方式让建筑主体稳固的同时形成新的建筑艺术,而这也是我们今天在西方传统建筑中多见拱顶、拱窗和石柱的原因之一。

从花盆到大厦

18世纪,英国土木工程师约翰·斯密顿进行了水泥、砂浆实验,他发现水泥砂浆混凝土可用于水下建造灯塔的基础。于是在1759年,斯密顿设计并建造了用花岗岩和混凝土构成的灯塔,即埃迪斯顿灯塔。耸立至今的灯塔是当时伟大的工程奇迹,也是现代意义上的混凝土第一次投入使用。

1849年,法国人约瑟夫·莫尼尔发明了钢筋混凝土,并用这种新型复合材料制造了一个钢筋混凝土花盆。可别小看了这个花盆,它的出现给钢筋混凝土运用于建筑领域提供了灵感。

36年后,“芝加哥国内保险公司大楼”在美国芝加哥落成。这是世界上第一幢钢筋混凝土结构建筑,也标志着现代混凝土发展进入了快车道。

让混凝土“动起来”

进入20世纪,随着高层建筑的增加和劳动力成本的上升,人们逐渐发现,混凝土也没有那么“万能”了。大楼越盖越高,也要求混凝土的强度越来越大。要想混凝土强度高、重量轻,就要少加水。可是加水少了,混凝土又搅拌不开,形成孔洞,严重影响建筑的安全。这可怎么办呢?

针对这一问题,“减水剂”就应运而生了。在混凝土中加入“减水剂”,通过让混凝土中水泥颗粒带上同种负电荷,使颗粒相互排斥脱离,从而增强了混凝土的流动性。这样一来,混凝土就“变稀”了。

通过“减水剂”技术,混凝土可以像水一样流动,也可以通过管道运输,并通过“泵送”技术沿着管道传递到百米高空。至此,城市建设告别了让工人用小桶运输混凝土的时代。

可以流动的混凝土不仅为建筑施工提供了便利,也给“装配式建筑”的发展提供了机遇。通过成批浇筑混凝土构件,再将它们像积木一样拼接在一起,可以减少现场浇筑作业时间,也极大限度地避免了资源的浪费。

从数千年前的古城到屹立不倒的金字塔;从火山灰中的经验到制作一只花盆的尝试,再到如今巍峨的城市“森林”和快捷、高效的“装配式”住宅,混凝土是小砂石的凝聚,也是人类文明大智慧的结晶。通过了解混凝土的“前世今生”,是不是眼前常见的建筑材料也变得波澜壮阔了呢?

图片来源于网络

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