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钢筋水泥

一位园丁发现了建筑材料中最重要的“钢筋混凝土”

19世纪末,一位名叫莫尼耶的巴黎园丁遇到了头痛。

由于莫尼耶精湛的技艺,他管理的花园里各种各样的花五彩缤纷,让游客流连忘返,久久不愿离去。为了进一步发展,莫尼耶将建造另一个大温室。但问题是,当时用来盛花的盆都是陶器,稍一碰撞就裂开了,导致莫尼耶花园的花经常受损。可以用一种不容易被破坏的材料做花盆吗?这个问题一直困扰着莫尼耶。他想到用当时非常流行的建筑材料——混凝土来制作花盆。混凝土比粘土更容易做大花盆,而且因为不需要窑烧,价格便宜很多。但是混凝土韧性不够,混凝土花盆容易开裂。我们到底该怎么办?

有一天他插花的时候不小心把花盆弄坏了,但是花盆里的土还是完好的。莫尼耶仔细观察了土壤,发现花木向四面八方延伸的根把土壤牢牢地绑在了一起。他深受鼓舞。如果土壤可以被花草树木的根部绑住,那么可以在混凝土花盆中放置钢圈,让混凝土被钢圈牢牢固定吗?他决定试一试。莫尼耶绝不会想到,他的这个小创意对建筑行业产生了深远而重要的影响,钢筋混凝土的时代来临了。

很多建筑师和材料科学家都认为水泥和钢材之间的粘结力很强,根本不应该把钢材和混凝土混在一起。所以没人想过把这两样东西放在一起。莫尼耶对此一无所知,他纯粹是出于好奇和想象。然而,这一小小的变化已经把用途有限的混凝土变成了世界上使用最广泛的建筑材料。

混凝土实际上是水泥、沙子和砾石的混合物。我们都知道水泥是一种重要的建筑材料。普通水泥是灰白色粉末。只要加水,水泥就会迅速吸水,然后产生一系列化学反应变成凝胶。随着化学反应的继续,产生的凝胶状物质像手一样伸展开来。这些“手”不仅会互相交叉,还会抓沙石,让水泥变成混凝土。

据说混凝土最早是由罗马人发现的。在那不勒斯附近,有一个叫波佐利的地方,那里发现了古代的混凝土生产遗址。波索利附近有许多火山。推测火山口喷出的过热硅酸盐是一种天然水泥。古罗马人可能无意中发现了这种火山岩粉加水和石头后能产生的神奇变化,成为人类历史上第一个拥有混凝土作为独特建筑材料的民族。

古罗马人发明混凝土后,用它建造了许多宏伟的建筑。他们可以在任何地方建造港口和桥梁,因为混凝土可以在水下凝固。其中最值得罗马人骄傲的混凝土工程是万神殿的穹顶。这座建筑建于公元1203354124年。它建成至今已有2000多年的历史,仍然是世界上最大的无钢筋混凝土穹顶建筑。但奇怪的是,罗马帝国衰落后,混凝土技术消失了,1000多年来混凝土建筑再也没有出现过。造成这种情况的原因还是个谜。

混凝土也有一个致命的缺陷,这是混凝土材料被拉时流动无法抵消的。只要有一处损伤,整个身体都会被破坏,材料会断裂或破碎,极大地限制了混凝土的应用范围。但当莫尼耶创造性地将混凝土与钢材混合时,这一缺陷神奇地消失了。混凝土用钢筋加固后,即使受到弯曲应力,也会被混凝土中的钢筋吸收,不会出现大的裂缝。

钢和混凝土这两种看似不同的材料,膨胀系数却几乎相同,真是奇迹。