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水泥制品溯源

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水泥制品溯源

发布日期:2019-03-18 作者: 点击:

1824年10月21日,英国利兹(Leeds)城的泥水匠阿斯谱丁(J. Aspdin)获得英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书,从而一举成为流芳百世的水泥发明人。

现代水泥的发明有一个渐进的过程,并不是一蹴而就的。


西安水泥制品厂


水硬性石灰

18世纪中叶,英国航海业已较发达,但船只触礁和撞滩等海难事故频繁发生。为避免海难事故,采用灯塔进行导航。当时英国建造灯塔的材料有两种:木材和“罗马砂浆”。然而,木材易燃,遇海水易腐烂;“罗马砂浆”虽然有一定耐水性能,但尚经不住海水的腐蚀和冲刷。由于材料在海水中不耐久,所以灯塔经常损坏,船只无法安全航行,迅速发展的航运业遇到重大障碍。为解决航运安全问题,寻找抗海水侵蚀材料和建造耐久的灯塔成为18世纪50年代英国经济发展中的当务之急。对此,英国国会不惜重金,礼聘人才。被尊称为英国土木之父的工程师史密顿(J. Smeaton)应聘承担建设灯塔的任务。 

1756年,史密顿在建造灯塔的过程中,研究了“石灰-火山灰-砂子”三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响,发现含有黏土的石灰石,经煅烧和细磨处理后,加水制成的砂浆能慢慢硬化,在海水中的强度较“罗马砂浆”高很多,能耐海水的冲刷。史密顿使用新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯港的漩岩(Eddystone)大灯塔。 


用含黏土、石灰石制成的石灰被成为水硬性石灰。史密顿的这一发现是水泥发明过程中知识积累的一大飞跃,不仅对英国航海业做出了贡献,也对“波特兰水泥”的发明起到了重要作用。然而,史密顿研究成功的水硬性石灰,并未获得广泛应用,当时大量使用的仍是石灰、火山灰和砂子组成的“罗马砂浆”。 


罗马水泥 

1796年,英国人派克(J. Parker)将称为Sepa Tria的黏土质石灰岩,磨细后制成料球,在高于烧石灰的温度下煅烧,然后进行磨细制成水泥。派克称这种水泥为“罗马水泥”(Roman Cement),并取得了该水泥的专利权。“罗马水泥”凝结较快,可用于与水接触的工程,在英国曾得到广泛应用,一直沿用到被“波特兰水泥”所取代。 

差不多在“罗马水泥”生产的同时期,法国人采用Boulogne地区的化学成分接近现代水泥成分的泥灰岩也制造出水泥。这种与现代恚怒化学成分接近的天然泥灰岩称为水泥灰岩,用此灰岩制成的水泥则称为天然水泥。美国人用Rosendale和Louisville地区的水泥灰岩也制成了天然水泥。在19世纪80年代及以后的很长一段时间里,天然水泥在美国得到广泛应用,在建筑业中曾占很重要的地位。 


英国水泥 

英国人福斯特(J。 Foster)是一位致力于水泥的研究者。他将两份重量白垩和一份重量黏土混合后加水湿磨成泥浆,送入料槽进行沉淀,置沉淀物于大气中干燥,然后放入石灰窑中煅烧,温度以料子中碳酸气完全挥发为准,烧成产品呈浅黄色,冷却后细磨成水泥。福斯特称该水泥为“英国水泥”(British Cement),于1822年10月22日获得英国第4679号专利。 

“英国水泥”由于煅烧温度较低,其质量明显不及“罗马水泥”,所以售价较低,销售量不大。这种水泥虽然未能被大量推广,但其制造方法已是近代水泥制造的雏型,是水泥知识积累中的又一次重大飞跃。福斯特在现代水泥的发明过程中也是有贡献的。 

   

波特兰水泥(硅酸盐水泥) 

1824年10月21日,英国利兹(Leeds)城的泥水匠阿斯谱丁(J. Aspdin)获得英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书,从而一举成为流芳百世的水泥发明人。 

他的专利证书上叙述的“波特兰水泥”制造方法是:“把石灰石捣成细粉,配合一定量的黏土,掺水后以人工或机械搅和均匀成泥浆。置泥浆于盘上,加热干燥。将干料打击成块,然后装入石灰窑煅烧,烧至石灰石内碳酸气完全逸出。煅烧后的烧块在将其冷却和打碎磨细,制成水泥。使用水泥时加入少量水分,拌和成适当稠度的砂浆,可应用于各种不同的工作场合。” 

该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色,所以被称为“波特兰水泥”。 

阿斯谱丁在英国的Wakefield建设了第 一个波特兰水泥厂。后来,他的儿子在英国的Grateshead又建设一个厂,1856年在德国再建设一个厂,并在那里度过了他的晚年。 

    

阿斯谱丁父子长期对“波特兰水泥”生产方法保密,采取了各种保密措施:在工厂周围建筑高墙,未经他们父子许可,任何人不得进入工厂;工人不准到自己工作岗位以外的地段走动;为制造假象,经常用盘子盛着硫酸铜或其他粉料,在装窑时将其撒在干料上。 

阿斯谱丁专利证书上所叙述的“波特兰水泥”制造方法,与福斯特的“英国水泥”并无根本差别,煅烧温度都是以物料中碳酸气完全挥发为准。根据水泥生产一般常识,在该温度条件下制成的“波特兰水泥”,其质量不可能优于“英国水泥”。然而在市场上“波特兰水泥”的竞争力大于“英国水泥”。1838年重建泰晤士河隧道工程时,“波特兰水泥”价格比“英国水泥”要高很多,但业主还是选用了“波特兰水泥”。很明显,阿斯谱丁出于保密原因在专利证书上并未把“波特兰水泥”生产技术都写出来,他实际掌握的水泥生产知识比专利证书上表明的要多。阿斯谱丁在工程生产中一定采用过较高煅烧温度,否则水泥硬化后不会具有波特兰地区石料那样的颜色,其产品也不可能有那样高的竞争力。 

不过,根据专利证书所载内容和有关资料,阿斯谱丁未能掌握“波特兰水泥”确切的烧成温度和正确的原料配比。因此他的工厂生产出的产品质量很不稳定,甚至造成有些建筑物因水泥质量问题而倒塌。 


在英国,与阿斯谱丁同一时代的另一位水泥研究天才是强生(I。 C。 Johnson)。他是英国天鹅谷怀特公司经理,专门“罗马水泥”和“英国水泥”。1845年,强生在实验中一次偶然的机会发现,煅烧到含有一定数量玻璃体的水泥烧块,经磨细后具有非常好的水硬性。另外还发现,在烧成物中含有石灰会使水泥硬化后开裂。根据这些意外的发现,强生确定了水泥制造的两个基本条件:一是烧窑的温度必须高到足以使烧块含一定量玻璃体并呈黑绿色;二是原料比例必须正确而固定,烧成物内部不能含过量石灰,水泥硬化后不能开裂。这些条件确保了“波特兰水泥”质量,解决了阿斯谱丁无法解决的质量不稳定问题。从此,现代水泥生产的基本参数已被发现。 

    

1909年,强生98岁高龄时,向英国政府提出申诉,说他于1845年制成的水泥才是真正的“波特兰水泥”,阿斯谱丁并未做出质量稳定的水泥,不能称他为“波特兰水泥”的发明者。然而,英国政府没有同意强生的申诉,仍旧维持阿斯谱丁具有“波特兰水泥”专利权的决定。英国和德国的同行们对强生的工作有很高评价,认为他对“波特兰水泥”的发明做出了不可磨灭的重要贡献。 

 

18世纪的欧洲发生了人类历史上第 一次工业革命,推动了西方各国社会经济的迅猛向前,建筑胶凝材料的发展步伐也随之加快。西方国 家在“罗马砂浆”的基础上,1756年发现水硬性石灰;1796年发明“罗马水泥”以及类似的天然水泥;1822年出现“英国水泥”;1824年英国政府发布第 一个“波特兰水泥”专利。当代建筑“粮食”——“波特兰水泥”(硅酸盐水泥)就这样在西方徐徐诞生,同时踏上了不断改进的征途。


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