没有“水泥”,古代的建筑看着再高也只能是单层

2017-11-04 10:46:32

“水泥”让建筑的面貌发生了翻天覆地的改变,只需将这种灰色的粉末与水、砂子、石子拌在一起,浇筑成你希望的形状,过几天它就变得硬如岩石。理论上,只要设计合理、计算精准,用混凝土盖房子,可以想盖多高盖多高、想盖多少层盖多少层。

  前些天,在《看了那么多大楼和大桥,但你真的了解混凝土吗?》一文中,我们给大家介绍了混凝土(俗称“水泥”,不过严格意义上讲,其实水泥和混凝土并不完全划等号,我们下面会详细介绍)的技术演变历程。在这一发展过程中,中国发挥了巨大的作用:研制出了集减水、缓凝、引气等功效于一体的外加剂,控制了混凝土的凝结时间;优化了骨料的级配,提升了混凝土的流动性和密实度;改进了泵管,让泵管上密布传感器,测量并监控混凝土的泵压以及泵管的磨损情况……解决了高性能泵送混凝土的各项“疑难杂症”。

  中国的混凝土技术这么厉害,可是,你知道集高科技和接地气于一身的混凝土为什么能够帮助人类盖起那么多高楼大厦吗?我们从头说起。

  (一)古代盖高楼难,主要是因为没“水泥”

  熟悉历史的人都知道,在古代,建筑的主流是平房。要想把房子盖个二三层,那可是一件成本颇高的事情。即使是哪位权势熏天的国王或者教皇想修一座摩天的皇宫或者教堂,也往往只是外面高,其实里面还是单层的。至于普通的民居,尤其是在树木匮乏的北方,那就干脆从内到外都是单层的了。

  (作为古代建筑的巅峰代表,教堂的内部也是单层结构)

  可是到了20世纪,高层建筑却好像一下子不值钱了起来。城市里的普通民居盖到二、三十层变得十分常见,摩天大楼更是动辄五六百米高。

  那究竟是什么,把人们从土坯房里,搬到了曾经连皇帝也住不上的高楼大厦中呢?

  答案就是水泥的发明。

  古代的建筑之所以盖不出多层来,最根本的原因,是缺少一类东西:抗弯构件,也就是梁和楼板。

  墙和柱子很好办,用石头、砖头,甚至夯土都可以。可是你无法把砖头砌成悬空的板,何况还要在上面摆家具、住人。可以想象,如果有人这样做,“砖头梁”的下部就会裂开,然后噼里啪啦地掉砖头。在古代,梁和楼板都只能由木材来做。木材内部的纤维结构使其勉强可以承担拉应力,可是天然的长木材本身就很宝贵,加之木材很软,应用场合有限,因此高层的木结构也难以推广。要修一座十层左右的木塔,需举全国之力来完成,这也难怪老百姓只能住平房了。

  (梁的受力示意图。梁的底部受拉力,在古代,无论是砖头还是石材都无法抗拉,只有木头可以勉强胜任)

  这样的主流建筑形式一直持续到了19世纪,直到1824年,英国的花匠阿斯普丁将石灰石与黏土混合煅烧,发明了我们当代人使用的水泥。自此,这种神奇的材料让建筑的面貌发生了翻天覆地的改变。

  只需将这种灰色的粉末与水、砂子、石子拌在一起,浇筑成你希望的形状,过几天它就变得硬如岩石;只要在里面配上几根钢筋,不管是梁、板,还是柱、墙,所有工作它自己就可以胜任。理论上讲,只要设计合理、计算精准,用混凝土盖房子,可以想盖多高盖多高、想盖多少层盖多少层。

  (左边是水泥,它加了砂子、石子和水之后才叫混凝土,可不要搞错了。)

  而这一切“现代科技的奇迹”,本质上都来自于这种灰色粉末——水泥的硬化性能。那你有没有想过,水泥为什么会硬呢?

  (二)从成分上来说,“水泥”究竟是什么?

  我们一般见到的水泥又称硅酸盐水泥。从化学上讲,它的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙,以前两者为主。

  可见,水泥中最重要的组分是两种:一是钙,二是硅。相应地,水泥由两类原料共同烧制而成:一是石灰石,也就是碳酸钙;二是黏土类矿物,也就是硅的提供者。在1450℃的高温下,石灰石分解成了氧化钙与二氧化碳,其中二氧化碳排出,氧化钙又继续与黏土类矿物在高温下反应、融合,形成了有胶凝性能的材料,这种被高温“做熟了”的材料被形象地称为“熟料”。

  (这些像石头一样的东西就是水泥熟料)

  这些熟料随后被大功率的鼓风机极速冷却下来。这样,在高温下不稳定的微观结构就被保持了下来。只有保持了活泼的微观结构,水泥才有水化活性,未来才可以和水反应、凝结硬化。如果冷却的速度慢,水泥内部的分子结构就会逐渐变得规律起来,硅原子之间的结合就会变得十分稳定,稳定到了极致就成了最惰性的东西——砂子。骤冷之后,这些熟料被磨碎成几微米到几十微米粗细的粉末,并添加少量的石膏以控制其反应时间。

  (水泥颗粒的微观形貌,看起来就像是光滑的小石子)

  这样,水泥的生产就算完成了。

  (三)一个研究了上百年的问题:“水泥”为什么会硬?

  关于这个问题,成百上千的科学家已经研究了上百年,在细节上至今仍有争议。但其基本过程已经形成了共识。总的来说,水泥的水化,就像是一群刺猬,从光滑的肉球中长出了刺,然后依靠这些“刺”互相扎在一起。只不过,这些刺猬只有几微米大,它们的刺更是只有几个纳米。所以,从宏观上看,就是一块天衣无缝的坚硬岩石了。

  (水泥的胶结机理就类似于这些扎在一起的苍耳)

  在施工之前,我们将水泥与水,还有一些砂子石子拌在一起(通常是1份水、2-3份水泥)。砂子和石子基本不参加反应,硬化主要靠水泥与水。在水泥粉末刚刚与水接触时,表面会发生些许的溶解,颗粒中的钙离子溶解进水中,形成强碱性的溶液。在碱性溶液的刺激下,水泥颗粒表面那些比较活跃的硅氧键就会断裂,硅元素也进入溶液中,并与水结合。

  (水泥中最不活跃的硅氧键就属于这种石英。无论你用多么强的碱去刺激它,它也绝对不可能溶解)

  短短几个小时过去,水中的钙、硅浓度都变得相当高。这时,它们就会结合形成无数个水化硅酸钙(C-S-H)小颗粒覆盖在水泥的表面,形成一个C-S-H薄壳。在接下来的几个小时里,水泥颗粒逐渐溶解、缩小,开始离这层薄壳越来越远;而构成这层薄壳的无数小颗粒就像无数颗种子,细长的C-S-H纤维以此为起点,不仅向外生长,也向内生长。向内生长的纤维将水泥颗粒与薄壳紧密相连,向外生长的纤维则将不同的水泥颗粒联结在一起。

  (水泥水化的微观过程,可以看到水泥颗粒与外面的一层壳)

  随着时间的进展,水泥与水逐渐消耗了,而这些纤维之间的联结越来越紧密,最后形成了一个坚实的整体,即使在电子显微镜下也分不清彼此了。这时的产物被称为“水泥石”。在我们看到的尺度上,就是水泥“冻硬了”。而随着水的消耗,水泥浆黑色的外表也逐渐褪去,变成了灰白色。再经过必要的养护,这块混凝土就算是可以用啦。

  (水泥形成强度的过程,带“毛刺”的水泥颗粒相互搭接在一起)

  (新拌混凝土和硬化的混凝土)

  (四)其实,“水泥”是一种“有生命的材料”

  短短一周时间,稀泥一样的混凝土就可以像石头一样为我们负担起大楼和路面的重量了。但其实,外表平静的混凝土,内部的反应仍未停止。

  随着水泥颗粒越缩越小,水分与水泥颗粒开始被水化产物——这些越来越致密的C-S-H纤维所隔绝。水泥颗粒有大有小,越大的水泥颗粒,剩的越多:对于那些10微米以下的小颗粒,一个月内可以完全反应完,转化成有强度的水泥石;而20微米的颗粒,中间就要剩下54%未反应;而那些60微米以上的水泥颗粒就非常可怜了,超过90%的部分都未参加反应。因此,许多水泥厂家为了避免这种“浪费”,就将水泥磨得尽可能细,把大颗粒也打碎,这样既增加了水泥的利用效率,又提高了强度,在此基础上还可以降低水泥用量,节约成本。一举多得,岂不美哉?

  然而,这些大颗粒未反应的水泥真的是无用的吗?并非如此。

  在使用过程中,由于外界荷载、自身老化等原因,材料都会产生各种各样的裂纹和缺陷,进而影响性能。

  对于一般的材料,性能一旦下降,不论再怎么维护,都最多只能保持现在的状态,不可能像人一样,生了病可以被医生“治好”。

  但是混凝土不一样,在它出现了裂缝之后,空气中的水分就会进入混凝土中,这时,那些原本没反应的大颗粒水泥就派上了用场。它们被裂缝暴露出来,与水分反应,进而让裂缝愈合。混凝土的“病”可以被它自己治好,不仅能控制裂缝发展,甚至能恢复到更好的状态,是不是很神奇?有些五十年代建好的建筑,当时的强度不高。可是六十多年过去了,现在的强度却发展到了顶峰。这背后正是这些大颗粒水泥在起作用。

  而将水泥颗粒磨得太细,虽然当时的强度上去了,但是过后,用这种水泥拌合的混凝土就很难拥有上面介绍的这种自愈能力。从这个角度看,混凝土就像是有生命的,它有自己的出生、成长、强壮、衰老和死亡的过程,生了病还可以“治疗”。一块混凝土如果在早期强度成长的太快,那么后期就会难以为继,甚至发生“早衰”,过早地发生强度下降,甚至退出工作。是不是很像人的一生?

  下次早晨起床,记得要和你的房间打声招呼哦。

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Only when you have faith in your heart can you go far. The stronger the faith, the farther the action.

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受疫情影响,2022年山东省规模以上企业生产商品混凝土2.27亿立方米,同比减少13.6%。

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“所当乘者势也,不可失者时也”。混凝土与水泥制品行业站在新起点,面对新目标,抓住机遇乘势而上,采取新行动,阔步前行,未来一定会是一片新气象。

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7月7日,福建省发布“十四五”制造业高质量发展专项规划。

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水泥企业不能只围着窑炉转圈,要想办法把水泥做出花样来,要增加附加值,实现产业链的延伸和产品的升级。

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岁末年初,牛年已至。新的一年,你是否在期待着一段全新征程的开启?你是否还在茫茫“职海”中处处碰壁?不要担心,我们将为你奉上近期水泥大企“人才招聘令”,助你千里挑一,逐梦前行。

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马维平认为,“十四五”期间水泥行业将会保持一个平稳的发展态势,但行业总体上将会进一步向智能化、信息化以及绿色高质量发展转变,未来行业的竞争将主要体现在能耗的优势和成本的优势。

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在8月14日召开的《建筑材料工业“十四五”发展指导意见(征求意见稿)》征求意见会暨2020年上半年全国建材行业经济运行分析会上,中国建筑材料联合会会长乔龙德发表讲话,就编制建筑材料工业“十四五”发展指导意见、以及今年上半年建材行业经济运行情况、当前的主要任务等工作作出了部署。

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新冠肺炎病毒仍在世界范围内肆虐,该病毒对全球水泥行业产生什么样的趋势?各国水泥行业趋势又是如何演变?以及在亚洲中的欧洲跨国公司该何去何从?

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水泥行业量效齐升得益于供给侧结构性改革的持续推进、错峰生产常态化、环保限产加剧、基建房地产行业的有力支持以及行业自律意识的提高等诸多原因。展望2020年,“十三五”规划进入最后一年,生态文明建设与工业互联网发展同步推进,新时代浪潮下的水泥行业将迎来产业结构调整深化之年,一些现已存在或正在萌生的行业现象将为未来水泥行业高质量发展产生深远影响。

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回顾2019,我们做了什么?

2020-01-13 11:40:59

9月19日,由湖北省企业联合会、企业家协会联合举办的第二十届“双优”表彰大会在武汉举行,华新水泥总裁李叶青荣获优秀企业家(金牛奖)称号。李叶青已连续多次获此殊荣。

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其中利润总额超过200万元以上的包括,防水协会494万元,建筑卫生陶瓷协会358万元,水泥协会321万元,混凝土与水泥制品协会245万元,石材协会234万元,共有5家协会。

2019-03-08 09:06:37

据不完全统计我国各种规模管涵生产企业近2000家;钢筋混凝土排水管产品制造和应用的最大规格为Φ4400mm。 钢筋混凝土箱涵产品制造和应用的最大内宽达12000mm。

2019-02-13 11:41:17

据不完全统计目前国内生产厂家已达80多家,生产线110余条,年设计生产能力超过了5000公里,不管是在生产规模还是使用数量,早已步入世界前列。

2019-01-07 09:56:29

温故而知新。对行业改革发展进行回顾和梳理是非常必要的。40年改革发展千头万绪,很难做到面面俱到,只能择其重点进行评述。

2019-01-02 10:37:37

回眸水泥行业40年,那些发生过的重大事件、那些标志特点、那些诞生的关键词语。我们一起来看看吧。

2018-12-29 10:26:13

中国建筑材料联合会秘书长孙向远报告一年来行业和协会系统的工作情况,研究安排今后的工作。

2018-10-26 11:03:38

自2012年起,水泥行业先以化解水泥产能过剩为理由、后转为水泥组分无法测定,推动国务院办公厅[43]号文的出台,将标准的技术性转为行政性、甚至政治性,在众多反对声中取消了复合32.5及32.5R强度等级水泥,并引起了近年来关于通用水泥标准的第一次、长达近5年的大讨论。

2018-06-21 09:24:24

传统建材工业绿色转型发挥了非常重要的作用,在减少排放、辅助环境治理上大有作为。

2018-01-19 09:21:30

为贯彻落实十九大关于生态文明建设的决策部署,推动水泥工业绿色、可持续发展,加快推进水泥窑协同处置废弃物进程,中国建筑材料联合会和中国水泥协会定于2017年12月23日在北京召开全国水泥窑协同处置创新发展大会。

2017-12-13 11:26:45

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1997年10月21日,随着香港交易所开市锣声的响起,羽翼初丰的海螺水泥在香港挂牌上市,开创了中国水泥企业境外上市的先河,开启了历史性航程。

2017-10-22 00:02:44

5月24日,陕西省建筑材料联合会第四次会员代表大会暨表彰大会在西安召开。通过表决选举,一致通过由尧柏集团党总支书记田振军同志担任陕西省建材联合会第四届理事会轮值会长,尧柏集团当选为新一届会长单位。

2017-06-22 10:45:35

“十三五”是我国建材行业转型升级,实现转折性发展的重要阶段,是实施《中国制造2025》、实现中国制造强国的重要战略期。

2017-06-06 14:02:54

5月11日,中国建材联合会会长乔龙德一行,在出席了第十八届中国国际水泥技术及装备展览会后,专程到江苏省建材协会调研当地建材行业发展情况。

2017-05-17 09:20:27

初春的北京,依然是春寒料峭。目前宏观经济处于什么阶段,今年水泥行业走势如何,会面临哪些机遇和挑战?带着上述问题,围绕今年的行业形势与政策,记者近日采访了中国建筑材料联合会会长、中国水泥协会会长乔龙德。

2017-03-07 10:42:05

面对中国制造业升级带来的发展契机,国内矿山机械行业应该有“摒弃做一个追随者,敢于做一个领导者”的觉悟,走出属于自己的创新之路。

2016-12-13 10:29:12

近几年来,我国建材业长期、深层次积淀的一系列矛盾交织在一起,又与外部环境的制约相迭加,在行业持续发展的道路上遭遇到了前所未有的困难。对于这些问题,怎么看?又怎么办?是大家都比较关心的问题。

2016-11-23 14:58:47

为推进建材工业转型升级,加快由大变强进程,指导行业健康可持续发展,同时也便于各类发展要素选择合理流向,作为建材工业主管部门,工业和信息化部特编制发布《建材工业发展规划(2016-2020年)》。

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近日,工信部节能与综合利用司发布了《绿色制造工程实施指南(2016-2020年)》(以下简称“指南”)。指南明确了水泥等行业主要目标,其中,到2020年,规模以上单位工业增加值能耗下降18%,吨水泥综合能耗降到85千克标准煤。

2016-09-21 11:32:55

中国建筑材料联合会会长乔龙德在中国建筑材料联合会五届五次理事会暨2016年会长全体会上的讲话

2016-09-01 12:06:12

8月2日,云南省工业和信息化委发布《云南省建材工业稳增长调结构增效益实施方案》。

2016-08-03 10:55:59

7月18日,工信部网站消息,《工业绿色发展规划(2016-2020年)》已经发布。规划规定,到2020年,水泥熟料综合能耗(千克标准煤/吨)需要从2015年的112kg降至105kg。

2016-07-19 11:46:21

随着全国国企改革座谈会7月4日在北京召开,国企改革特别是央企改革风云再起,在这次被外界高度关注的改革中,建材业成为简便重组的重点行业。

2016-07-16 08:48:16

6月24日,“中国海洋材料产业技术创新联盟”在武汉揭牌成立。周廉、干勇、曾恒一等10位院士和中国工程院、科技部、工信部、国家海洋局等相关负责人出席了会议,来自材料、海工、船舶、油气行业的协会、企业、科研设计院所、高校及相关配套企业等100多家单位的200余位专家和代表齐聚一堂,探讨海洋材料的技术创新,共商海洋新材料的行业发展。

2016-07-04 10:22:22

建材工业是支撑我国国民经济发展的重要的基础原材料工业。以科技创新引领和支撑行业发展,落实科技创新在全面创新中的引领作用,是推进行业供给侧结构性改革,加快创新型国家建设步伐的重中之重。中国建筑材料联合会近日公布的《建筑材料工业“十三五”科技发展规划》,为行业科技创新工作在“十三五”期间的发展明确方向。

2016-06-22 13:59:39

中国是全世界生产和消费混凝土最多的国家,混凝土也叫“砼”即“人工石”。如果我们把从事混凝土的技术人员称作“砼匠”的话,那么中国拥有数万的“砼匠”。刘昊的脱颖而出不仅使混凝土操作技术在众多中国制造业的技术系列中拥有了应有的地位,而且他还用混凝土大国的工匠精神为自己也为全国的“砼匠”赢得了应有的尊严。刘昊也因此成为全国数万“砼匠”中的佼佼者而备受行业内外的广泛关注。

2016-05-25 14:46:07

面对我国经济发展进入新常态以及发展动能的转换,建材工业一些长期积累的结构性矛盾逐步凸显,水泥、平板玻璃等行业产能严重过剩,部分适应生产消费升级需要的产品缺乏,行业增速放缓效益下降。

2016-05-25 10:04:39

2006年至2016年,中国建材股份有限公司10年发展关键词,字字铿锵,能量激荡;10年企业成长的路程和轨迹,将我国建材行业转型发展生动折射开来。

2016-03-24 09:31:39

2016年,中国经济迎来转型升级的关键时期,建材行业任重道远。 国务院参事蒋明麟说,在适度扩大总需求和调整需求结构的同时,以改革创新的思路,着力加强供给侧结构性改革,提高供给体系的质量和效率,培养经济中高速增长的新动能,才能从低水平供需平衡实现高水平的供需平衡。

2016-03-22 15:20:47

纲要共分为20篇:指导思想、主要目标和发展理念;实施创新驱动发展战略;构建发展新体制;推进农业现代化;优化现代产业体系;拓展网络经济空间;构筑现代基础设施网络;推进新型城镇化;推动区域协调发展;加快改善生态环境;构建全方位开放新格局;深化内地和港澳、大陆和台湾地区合作发展;全力实施脱贫攻坚;提升全民教育和健康水平;提高民生保障水平;加强社会主义精神文明建设;加强和创新社会治理;加强社会主义民主法治建设;统筹经济建设和国防建设;强化规划实施保障。

2016-03-18 13:46:20

今年发展的主要预期目标是:国内生产总值增长6.5%-7%,居民消费价格涨幅3%左右,城镇新增就业1000万人以上,城镇登记失业率4.5%以内,进出口回稳向好,国际收支基本平衡,居民收入增长和经济增长基本同步。单位国内生产总值能耗下降3.4%以上,主要污染物排放继续减少。

2016-03-06 07:46:20

2016已经来了,回顾过去、部署未来的时候到了。2016年1月,各大水泥企业年度工作会议陆续召开,在总结2015以及“十二五”工作成绩与经验的同时,也开始做着2016和“十三五”的发展规划。这些企业2015年经营业绩如何?2016年会有什么举动?“十三五”又有什么规划?小编特将各大水泥集团年度工作会议做了概括总结。

2016-02-05 10:58:18

2015年以来,由于建材产品价格持续下跌,导致建材产品利润下降幅度继续扩大,主营业务收入增速回升微弱,河南建材行业经济运行遇到了近年来最为严峻的困难局面。

2016-02-01 14:00:41

水泥行业是湖南省重点传统产业之一,得益于水泥工业技术进步迅速及需求旺盛,近十年来全行业发生了巨大变化。今年以来,全国水泥工业增速明显回落,经济效益大幅下降,面临近年来最为严峻的困难局面。湖南省经济和信息化委员会原材料工业处。就当前湖南水泥行业运行情况及突出问题进行了分析,并提出对策。

2015-12-28 11:28:19

2015年,我国工业经济增长继续放缓,工业能源消费增速回落,完成年度和“十二五”节能减排目标任务几无悬念。展望2016年,工业经济发展缓中趋稳,节能减排压力有所缓解,“十三五”节能减排有望获得良好开局。

2015-12-17 10:40:16

11月3日,中国建筑材料联合会会长乔龙德在“首届建材行业经济论坛”暨转型升级向纵深转折论坛上作了题为《创新驱动将转型升级推向转折》的讲话。

2015-11-06 13:21:10

在11月3日举行的首届中国建材业年度经济论坛上,来自政府机关、行业协会、建材企业、科研院所的代表齐聚一堂,共商良策,围绕“2015—产业转型升级”的主题,从完善社会服务功能、打造协同平台、实现绿色可持续发展、践行“一带一路”及“中国制造2025”、两化融合、“互联网+”等多角度切入,梳理转型升级的方向、路径和目标,推动建材行业转型升级向纵深转折。

2015-11-03 21:28:43

10月22日-23日,由中国水泥协会主办,鑫统领建材集团有限公司协办,中国水泥协会水泥助磨剂分会承办的“2015年中国水泥助磨剂高峰论坛暨水泥助磨剂分会年会”在湖北襄阳召开。会议期间全体参会嘉宾参观了鑫统领建材集团有限公司近日投产的、具有国际先进水平的化学建材产品、原料一体化生产线。

2015-10-28 14:58:20