【導(dǎo)讀】manyyears.In1824JosephAspdin,abrickmasonofLeeds,England,tookoutapatentona

　　

【正文】 技術(shù)幾乎失傳，大約十一世紀(jì)達(dá)到最低點(diǎn)，那時(shí)使用的材料質(zhì)量很差。后來(lái)石灰的質(zhì)量開(kāi)始改進(jìn)，十四世紀(jì)或稍后，又開(kāi)始使用火山灰水泥。 比較近期，最著名的工程項(xiàng)目之一是在 1757— 1759 年間在英格蘭海岸外面建造的新的渦石燈塔。該工程的設(shè)計(jì)師及工程師約翰斯米頓為該建筑研究過(guò)多材料和多種粘結(jié)右塊的方法。 那時(shí)工程學(xué)和科學(xué)研究開(kāi)始迅猛發(fā)展。一些國(guó)家的研究人員當(dāng)時(shí)都在研究用石膏、石灰石和其他天然材料制成的膠凝劑。通過(guò)燒制石灰與粘土的天然混合物來(lái)制造水泥的方法便是其中的 一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。盡管這種天然水泥的使用繼續(xù)了好多年，但由于天然材料的配比變化不定，使這種天然水泥的性能非常不穩(wěn)定。 1824 年，一位英國(guó)里茲的瓦匠約瑟夫艾斯波丁取得了他稱(chēng)之為波特蘭水 9 泥的一種材料的專(zhuān)利權(quán)。之所以如此命名是因?yàn)橛眠@種水泥制成的混凝土被認(rèn)為很象是從英國(guó)波特蘭附近采集來(lái)的石灰石。艾斯波丁被公認(rèn)為發(fā)明了一種制造水泥的方法，先把石灰石與粘土按比例摻合在一起，放在高溫中焙燒成熟料，再將熟料磨細(xì)即成為水硬水泥。他的小水泥窯每窯要燒幾天時(shí)間，一次可生產(chǎn)大約16t 熟料。水泥制造業(yè)的擴(kuò)大與發(fā)展在其后的若干年 相當(dāng)緩慢。然而，大約在 1850年，這門(mén)工業(yè)不僅在英國(guó)，而且在德國(guó)和比利時(shí)都已牢固確定。 水泥運(yùn)銷(xiāo)美國(guó)開(kāi)始于 1868 年，大約在 1895 年達(dá)到高峰。此時(shí)美國(guó)的水泥生產(chǎn)也已初具規(guī)模。 在進(jìn)口水泥的同時(shí)，由于修建伊利運(yùn)河及其配套工程對(duì)水泥的需求，美國(guó)生產(chǎn)天然水泥在十九世紀(jì)初就已開(kāi)始。 ?其后，水泥回轉(zhuǎn)窯的開(kāi)發(fā)致使大規(guī)模的水泥生產(chǎn)遍及全世界。 鐵路、橋梁、樓房的建設(shè)以及城市街道路面的鋪設(shè)，使得混凝土的應(yīng)用得以推廣。用鋼筋來(lái)增強(qiáng)混凝土的研究工作始于法國(guó)。 1875 年美國(guó)首次應(yīng)用鋼筋混凝土。這個(gè)時(shí)期大多數(shù)混 凝土含水量很低，要用大量手工作業(yè)才能使之夯實(shí)就位。接著有一段時(shí)間使用濕混凝土，這種濕混凝土可以流淌就位。然而，許多混凝土的使用者認(rèn)識(shí)到，使用濕混凝土是件蠢事。大約 1920 年，達(dá)夫亞布拉姆斯公布了他的研究及觀測(cè)結(jié)果。他說(shuō)明：混凝土的質(zhì)量直接受到用水量與水泥量之比的影響。在一定范圍內(nèi)，混凝土的質(zhì)量隨其水灰比的升高而降低。這已成為混凝土工藝的基本法則之一。 二、 混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)及其水灰比 混凝土是波特蘭水泥、水、砂子與卵石或碎石的拌合物。水與水泥調(diào)制成水泥漿，在水泥漿中把砂子和碎石或卵石混合在一起。砂子和 碎石或卵石共同構(gòu)成混凝土拌合物的骨料。骨料不起結(jié)構(gòu)作用，它僅僅是加入到水泥漿中來(lái)降低成本的一種填充物。骨料通常占一塊特定混凝土體積的百分之七十五。劣質(zhì)骨料可以極大地降低混凝土的強(qiáng)度，可是優(yōu)質(zhì)骨料對(duì)于增加水泥的強(qiáng)度卻沒(méi)有多大影響。 作為建筑材料，混凝土有兩大主要優(yōu)點(diǎn)， — 是比較便宜，二是當(dāng)它處于塑性狀態(tài)時(shí)容易操作和澆注。混凝土的主要結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是它抗壓強(qiáng)度高、耐久性能好。它能承受很高的壓力荷載。這使它非常適用于建造基礎(chǔ)、墻壁、樓房的支柱，也適用于修筑公路及街道。 混凝土的主要結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是它抗拉強(qiáng)度低。 就是說(shuō)，它承受拉伸或彎曲荷載時(shí) 10 容易斷裂。 因此，常常將鋼筋埋人混凝土中。加固鋼筋給混凝土提供了它所缺乏的抗拉強(qiáng)度。置人鋼筋的混凝土叫做鋼筋混凝土。 除了抗拉強(qiáng)度差之外，像大多數(shù)建筑材料一樣，混凝土還會(huì)熱脹冷縮，濕脹干縮。在施工中，如果這些脹縮運(yùn)動(dòng)超出允許限度，混凝土就會(huì)開(kāi)裂。 與常識(shí)相反，硬化后的混凝土并不是不透水的。一些濕氣會(huì)遷移到加工最好的混凝土 中。在拌合中加入了太多的水會(huì)使混凝土內(nèi)出現(xiàn)過(guò)多的氣孔。萬(wàn)一這種現(xiàn)象出現(xiàn)，混凝土 養(yǎng)護(hù)完后，濕氣會(huì)很容易地進(jìn)入其內(nèi)。當(dāng)冷天到來(lái)時(shí)，萬(wàn)一水分還存在于混凝土內(nèi)，便會(huì)凍結(jié)，這會(huì)給建筑物帶來(lái)嚴(yán)重的結(jié)凍損傷。 盡管混凝土有這些缺點(diǎn)，它仍不失為一種天生具有堅(jiān)固與耐久性的建筑材料。如果水、 水泥和骨料的比例經(jīng)過(guò)認(rèn)真計(jì)算，如果混凝土的澆注與養(yǎng)護(hù)按照簡(jiǎn)明的規(guī)章來(lái)進(jìn)行，完全 可能獲得它固有的全部強(qiáng)度與耐久性。 混凝土的水灰比是它最終強(qiáng)度的決定因素。曾經(jīng)有一段時(shí)間，混凝土的配料比例規(guī)定為 l： 2： 4。它表示從體積上一份波特蘭水泥、二份砂子和四份卵石拌合在一起，之后加人足夠的水來(lái)獲得和 易性良好的拌合物。這種作業(yè)過(guò)程完全忽視了水灰比的重要性。其結(jié)果 是經(jīng)常調(diào)配出強(qiáng)度非常低的混凝土。因?yàn)榫凸と硕?，自然傾向于多加水，足以使混凝土的澆注盡可能容易，越稀滑越好。這種規(guī)定混凝土成分比例的做法現(xiàn)已淘汰，不應(yīng)該再遵循。 從理論上講，僅有 3 加侖水便可完全水化 1 立方英尺水泥 (1 袋水泥正好 1立方英尺，重 94 磅 )?？墒前凑者@種水灰比加工出來(lái)的拌合物太干不能操作。因此，在實(shí)踐中需要再多加些水來(lái)獲得和易性良好的拌合料，每袋水泥加水在； 4— 8 加侖之間為宜。 但是在水灰比中，水的比例越大，最終制成的 混凝土的強(qiáng)度越低。為了得到和易性好的混凝土而需要多加人的水將隨著混凝土的硬化從混凝土中蒸發(fā)掉，這將在混凝土內(nèi)留下無(wú)數(shù)的氣孔。這便是為什么在混凝土內(nèi)總存在一些孔隙的原因。當(dāng)超量的水使用后，就會(huì)產(chǎn)生超量的孔隙，這會(huì)使混凝土嚴(yán)重滲漏。萬(wàn)一當(dāng)冷天到來(lái)，這些孔隙充滿了水分，它們會(huì)引起上述的結(jié)凍損傷。 因此，作為一般規(guī)定，每袋水泥加人 6 加侖水應(yīng)該被視為配制混凝土的最大加水量，并且所用的水量越少，混凝土強(qiáng)度越高。作為骨料組成部分的砂子所含表面水分也應(yīng)包括在 6 加侖加水量之內(nèi)。 11 三、 砂漿 砂漿是一種 膠凝材料 (可能是硅酸鹽水泥或石灰或是二者兼有 )．和砂子的混合物。當(dāng)把水加入到這些成分中時(shí)，就形成了一種可塑性物質(zhì)，這種物質(zhì)可用來(lái)粘結(jié)磚、瓦、混凝土砌塊和其他種類(lèi)的砌塊。砂漿硬化后，砌塊就被砂漿牢牢地粘結(jié)起來(lái)，形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。 砂漿與其他膠凝材料，如混凝土、熟石膏和灰泥有著密切的關(guān)系，但是若把砂漿和這些材料混同起來(lái)，或是想用這些材料來(lái)替代砂漿是錯(cuò)誤的，因?yàn)槊恳环N材料均具有各自的特點(diǎn)，互不相同。 由于“一環(huán)薄弱，全局必垮”的錯(cuò)誤推論，人們普遍認(rèn)為，要想使砌體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，砂漿也必須是堅(jiān)固的。例如 ：熟悉混凝土的人常會(huì)推斷，作為一種類(lèi)似混凝土的膠凝材料，砂漿應(yīng)具有與混凝土類(lèi)似的特性，并應(yīng)按照同樣的方式進(jìn)行調(diào)制和使用：又比如：既然混凝土有或是應(yīng)該有很高的抗壓強(qiáng)度，那么，砂漿也應(yīng)該有很高的抗壓強(qiáng)度。但是砂漿的主要作用是粘結(jié)砌塊，而不是抵抗壓力，也不是增加砌塊的強(qiáng)度。 對(duì)由各種不同強(qiáng)度的砂漿建成的磚墻已經(jīng)做了大量的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)一致表明，當(dāng)用來(lái)粘結(jié)磚塊的砂漿比磚塊的強(qiáng)度低時(shí)，磚墻的強(qiáng)度最高。實(shí)際上，在不影響結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的情況下，砂漿實(shí)質(zhì)上可以比磚的強(qiáng)度低很多。只要砂漿強(qiáng)度能夠抵抗天氣和凍結(jié)水的侵蝕作 用，它就堅(jiān)固得足以用于一般外墻。 但為了論證，假定一面磚墻是用比磚的抗壓強(qiáng)度還高的砂漿砌成的，這面墻所承受的任何應(yīng)力一比如說(shuō)由墻下土的沉陷而導(dǎo)致的應(yīng)力，將導(dǎo)致磚塊沿最大應(yīng)力方向斷裂，這種斷裂將形成一條從墻頂?shù)綁δ_，貫穿墻體的鋸齒狀裂縫。 但是，當(dāng)砂漿像應(yīng)該的那樣比磚的強(qiáng)度低時(shí)，結(jié)構(gòu)中的任何應(yīng)力將全部被砂漿所吸收，砂漿吸收這些應(yīng)力后將形成許多肉眼看不見(jiàn)的微小裂縫，這樣，結(jié)構(gòu)的基本強(qiáng)度沒(méi)有受到損壞，墻的整體外觀及其結(jié)構(gòu)的完整性不變。 然而，砌體結(jié)構(gòu)還可能出現(xiàn)另一種斷裂現(xiàn)象 。有時(shí)應(yīng)力是通過(guò)砂漿與磚的分離得以釋放的，結(jié)果，沿著磚的砌筑模式穿過(guò)砂漿出現(xiàn)了鋸齒形裂縫。由于在砌筑完好的磚墻中最不應(yīng)出現(xiàn)的就是砌塊與砂漿粘結(jié)薄弱，而導(dǎo)致砌塊和砂漿粘結(jié)薄弱的是由于疏忽或是工藝較差，也可能是二者兼而有之，或是由于砂漿配合的比例和調(diào)制方法有誤，或是由于向磚上抹砂漿方式不當(dāng)，也可能是二者共同導(dǎo)致 12 的結(jié)果。 以適當(dāng)比例的水泥、石灰和砂子加入適量的水剛調(diào)制成的砂漿具有一種特性叫和易性，有時(shí)也稱(chēng)為可塑性。就像很難說(shuō)明煎薄餅用的面糊或者軟化了的奶油的稠度一樣，砂漿的和易性很難用語(yǔ)言來(lái)描述，但 不具備這一特點(diǎn)的新砂漿是不能將砌塊緊緊地粘結(jié)在尸起的。和易性好的砂漿，可用一把瓦刀毫不費(fèi)力，光滑而均勻地涂抹在砌塊表面上。砂漿具有粘性，當(dāng)把砂漿涂抹在磚的側(cè)面時(shí)，這一特性使砂漿能保持自身的形狀，并防止由于自身的重量而坍落。和易性好的砂漿具有彈性，這就使泥瓦工能將砌塊緊密地安裝就位。從微觀來(lái)看，可以說(shuō)和易性好的砂漿和砌塊表面接觸極為緊密，因而使砂漿和砌塊之間的粘結(jié)極為牢固。