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        水泥制品溯源

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        水泥制品溯源

        發布日期:2019-03-18 作者: 點擊:

        1824年10月21日,英國利茲(Leeds)城的泥水匠阿斯譜丁(J. Aspdin)獲得英國第5022號的“波特蘭水泥”專利證書,從而一舉成為流芳百世的水泥發明人。

        現代水泥的發明有一個漸進的過程,并不是一蹴而就的。


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        水硬性石灰

        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,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,但尚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,船只無法安全航行,迅速發展的航運業遇到重大障礙。為解決航運安全問題,尋找抗海水侵蝕材料和建造耐久的燈塔成為18世紀50年代英國經濟發展中的當務之急。對此,英國國會不惜重金,禮聘人才。被尊稱為英國土木之父的工程師史密頓(J. Smeaton)應聘承擔建設燈塔的任務。 

        1756年,史密頓在建造燈塔的過程中,研究了“石灰-火山灰-砂子”三組分砂漿中不同石灰石對砂漿性能的影響,發現含有黏土的石灰石,經煅燒和細磨處理后,加水制成的砂漿能慢慢硬化,在海水中的強度較“羅馬砂漿”高很多,能耐海水的沖刷。史密頓使用新發現的砂漿建造了舉世聞名的普利茅斯港的漩巖(Eddystone)大燈塔。 


        用含黏土、石灰石制成的石灰被成為水硬性石灰。史密頓的這一發現是水泥發明過程中知識積累的一大飛躍,不僅對英國航海業做出了貢獻,也對“波特蘭水泥”的發明起到了重要作用。然而,史密頓研究成功的水硬性石灰,并未獲得廣泛應用,當時大量使用的仍是石灰、火山灰和砂子組成的“羅馬砂漿”。 


        羅馬水泥 

        1796年,英國人派克(J. Parker)將稱為Sepa Tria的黏土質石灰巖,磨細后制成料球,在高于燒石灰的溫度下煅燒,然后進行磨細制成水泥。派克稱這種水泥為“羅馬水泥”(Roman Cement),并取得了該水泥的專利權?!傲_馬水泥”凝結較快,可用于與水接觸的工程,在英國曾得到廣泛應用,一直沿用到被“波特蘭水泥”所取代。 

        差不多在“羅馬水泥”生產的同時期,法國人采用Boulogne地區的化學成分接近現代水泥成分的泥灰巖也制造出水泥。這種與現代恚怒化學成分接近的天然泥灰巖稱為水泥灰巖,用此灰巖制成的水泥則稱為天然水泥。美國人用Rosendale和Louisville地區的水泥灰巖也制成了天然水泥。在19世紀80年代及以后的很長一段時間里,天然水泥在美國得到廣泛應用,在建筑業中曾占很重要的地位。 


        英國水泥 

        英國人福斯特(J. Foster)是一位致力于水泥的研究者。他將兩份重量白堊和一份重量黏土混合后加水濕磨成泥漿,送入料槽進行沉淀,置沉淀物于大氣中干燥,然后放入石灰窯中煅燒,溫度以料子中碳酸氣完全揮發為準,燒成產品呈淺黃色,冷卻后細磨成水泥。福斯特稱該水泥為“英國水泥”(British Cement),于1822年10月22日獲得英國第4679號專利。 

        “英國水泥”由于煅燒溫度較低,其質量明顯不及“羅馬水泥”,所以售價較低,銷售量不大。這種水泥雖然未能被大量推廣,但其制造方法已是近代水泥制造的雛型,是水泥知識積累中的又一次重大飛躍。福斯特在現代水泥的發明過程中也是有貢獻的。 

           

        波特蘭水泥(硅酸鹽水泥) 

        1824年10月21日,英國利茲(Leeds)城的泥水匠阿斯譜?。↗. Aspdin)獲得英國第5022號的“波特蘭水泥”專利證書,從而一舉成為流芳百世的水泥發明人。 

        他的專利證書上敘述的“波特蘭水泥”制造方法是:“把石灰石搗成細粉,配合一定量的黏土,摻水后以人工或機械攪和均勻成泥漿。置泥漿于盤上,加熱干燥。將干料打擊成塊,然后裝入石灰窯煅燒,燒至石灰石內碳酸氣完全逸出。煅燒后的燒塊在將其冷卻和打碎磨細,制成水泥。使用水泥時加入少量水分,拌和成適當稠度的砂漿,可應用于各種不同的工作場合?!?nbsp;

        該水泥水化硬化后的顏色類似英國波特蘭地區建筑用石料的顏色,所以被稱為“波特蘭水泥”。 

        阿斯譜丁在英國的Wakefield建設了第 一個波特蘭水泥廠。后來,他的兒子在英國的Grateshead又建設一個廠,1856年在德國再建設一個廠,并在那里度過了他的晚年。 

            

        阿斯譜丁父子長期對“波特蘭水泥”生產方法保密,采取了各種保密措施:在工廠周圍建筑高墻,未經他們父子許可,任何人不得進入工廠;工人不準到自己工作崗位以外的地段走動;為制造假象,經常用盤子盛著硫酸銅或其他粉料,在裝窯時將其撒在干料上。 

        阿斯譜丁專利證書上所敘述的“波特蘭水泥”制造方法,與福斯特的“英國水泥”并無根本差別,煅燒溫度都是以物料中碳酸氣完全揮發為準。根據水泥生產一般常識,在該溫度條件下制成的“波特蘭水泥”,其質量不可能優于“英國水泥”。然而在市場上“波特蘭水泥”的競爭力大于“英國水泥”。1838年重建泰晤士河隧道工程時,“波特蘭水泥”價格比“英國水泥”要高很多,但業主還是選用了“波特蘭水泥”。很明顯,阿斯譜丁出于保密原因在專利證書上并未把“波特蘭水泥”生產技術都寫出來,他實際掌握的水泥生產知識比專利證書上表明的要多。阿斯譜丁在工程生產中一定采用過較高煅燒溫度,否則水泥硬化后不會具有波特蘭地區石料那樣的顏色,其產品也不可能有那樣高的競爭力。 

        不過,根據專利證書所載內容和有關資料,阿斯譜丁未能掌握“波特蘭水泥”確切的燒成溫度和正確的原料配比。因此他的工廠生產出的產品質量很不穩定,甚至造成有些建筑物因水泥質量問題而倒塌。 


        在英國,與阿斯譜丁同一時代的另一位水泥研究天才是強生(I. C. Johnson)。他是英國天鵝谷懷特公司經理,專門“羅馬水泥”和“英國水泥”。1845年,強生在實驗中一次偶然的機會發現,煅燒到含有一定數量玻璃體的水泥燒塊,經磨細后具有非常好的水硬性。另外還發現,在燒成物中含有石灰會使水泥硬化后開裂。根據這些意外的發現,強生確定了水泥制造的兩個基本條件:一是燒窯的溫度必須高到足以使燒塊含一定量玻璃體并呈黑綠色;二是原料比例必須正確而固定,燒成物內部不能含過量石灰,水泥硬化后不能開裂。這些條件確保了“波特蘭水泥”質量,解決了阿斯譜丁無法解決的質量不穩定問題。從此,現代水泥生產的基本參數已被發現。 

            

        1909年,強生98歲高齡時,向英國政府提出申訴,說他于1845年制成的水泥才是真正的“波特蘭水泥”,阿斯譜丁并未做出質量穩定的水泥,不能稱他為“波特蘭水泥”的發明者。然而,英國政府沒有同意強生的申訴,仍舊維持阿斯譜丁具有“波特蘭水泥”專利權的決定。英國和德國的同行們對強生的工作有很高評價,認為他對“波特蘭水泥”的發明做出了不可磨滅的重要貢獻。 

         

        18世紀的歐洲發生了人類歷史上第 一次工業革命,推動了西方各國社會經濟的迅猛向前,建筑膠凝材料的發展步伐也隨之加快。西方國 家在“羅馬砂漿”的基礎上,1756年發現水硬性石灰;1796年發明“羅馬水泥”以及類似的天然水泥;1822年出現“英國水泥”;1824年英國政府發布第 一個“波特蘭水泥”專利。當代建筑“糧食”——“波特蘭水泥”(硅酸鹽水泥)就這樣在西方徐徐誕生,同時踏上了不斷改進的征途。


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