主题:【原创】石灰和水泥 -- 燕人
缘起
这篇文字是有感于一位网友的帖子。
我得承认,他说的大多是事实。科技前沿的发展我不清楚。在与我工作有关的建筑产品方面,从技术和品质上看,我们的确是样样不如人。我这篇文字是在给他的论据背书。
比方简单一个水龙头。德国品牌的Grohe, 国内叫做高仪的。单价可以卖到400英镑,国产同类的只有30美金。就是这样的成本差别,英国人还是宁要选Grohe。这里不仅是品牌或者外观设计这种主观因素在起作用。国产货的材质,机能和表面处理与国外名牌相比,还是有很大差别的。
有空的话我可以把我经手过的所有产品都中外比较一下。这个单子很长。
但是我只能部分同意他的观点,那就是我们目前还是在向西方学习中。
技不如人,向人学习,没有什末不可以。中华文明领先世界的时候,我们不也是被学习的对象吗?
天行健,君子以自强不息。这是中华文明的主要特征之一。
我们差,我们不如人。但是我们还在,总有一天会追赶上。Grohe在中国有工厂,这就是一个证明。
我对现状再如何的失望,对中华文明的信心还在。
这篇文字的另外一个目的,是帮助网友澄清一个说法,即下面所引用
说这话的老兄根本没有了解基本事实。当然更可能他在为国外产品做市场。我在英国的一家建筑公司做采购,多少了解一些建筑材料,因此可以帮助网友们回顾一下此类产品。我本人不是理工出身,也没有水泥相关工业经验,只能粗略谈谈此类产品的历史和装饰性用途。至于水泥产品更重要的结构性用途,我是不敢涉及了。尽管如此,文字中谬误之处在所难免。因此专业的朋友还请多指教。
一 石灰
二 水泥的早期发展
附:中国水泥工业
(二)水泥的早期发展
水泥是中文对英文词cement的意译,其词源为一个古罗马字caementicium。古罗马人的确使用了类似于现代 水泥混凝土的建筑材料,但是这个技术随着罗马帝国的崩溃失传了。作为现代建筑工业最基本的材料,水泥的发展与西方工业革命以来的社会大进步密切相关。水泥的基本概念,工艺和质量标准也经历了巨大的变化。波特兰水泥Portland cement自从在1824年获得英国专利后,历经各国技术人员的不断改进,几乎成为水泥的代名词。普通波特兰水泥OPC是最为广泛使用的水泥产品。水泥的主要特性是可以在水中凝固硬化,简称为水硬特性,英文写作hydraulic。水泥硬化后提供的强度使得用钢筋支持的水泥取代砖石,成为主要建筑结构材料。
在现代水泥的发展过程中,一种在石灰和水泥中间的过渡产品得到了确认。这就是本文开头中所引用文字中谈到的水硬石灰,英文写作hydraulic lime。Hydraulic一词本义与物理学和工程上液体有关,中文通常翻译为水力学。在水硬石灰这个概念里,hydraulic lime可以理解为与水混合后得到力量(强度)的石灰,因为这种石灰可以在水中凝结(硬化),而不像普通的hydrated lime那样需要很长时间才能在空气中硬化。
水硬石灰的奥妙出自于石灰岩的杂质。前文说过,我国古人认识到天然烧制的石灰成品有两种,水化者和风化者,而前者在药用方面不如后者。水化者所来自的石灰岩应该包含较多杂质,所以尽管石灰岩被煅烧后碳酸钙成分已经分解,其他杂质还保留了原本的性质。西方的mason把石灰岩煅烧后的物质,即通常意义上的石灰,磨成粉末状与水混合制作砂浆时,发现有些石灰能够在水中凝固。他只需重复他的工序,就会注意到只有某类某产地的石灰岩烧制的石灰才有这种效果,而其他种类的石灰岩或者纯度很高的石灰岩则不能提供。法国工程师Louis Vicat独自发明了水泥后,在19世纪30年代建议把这种表现出水泥特性的石灰纳入通常的石灰类别中,以便与水泥有所区别。它的整体表现远不能够满足现代建筑对结构材料的要求。
现代波特兰水泥的发展进程可以追溯到古希腊时期的石灰和砂土混合成的lime mortar。罗马人学到这个做法,并在混合物中添加了火山灰,使之成为能够在水中凝结的新产品。罗马混凝土Roman Concrete是现代人对这种产品的称呼。至少在公元一世纪中期罗马混凝土已经被广泛使用,特别在海港建筑等需要水下作业的工程。罗马人命名其Opus caementicium。生产罗马混凝土的方法如何被发明,已经无从得知。但是罗马人自认幸运。古罗马著名建筑师Marcus Vitruvius Pollio在他的名著《建筑十书》中写到:
(译自Historic Concrete by James Sutherland)
罗马混凝土的水硬特性基于火山灰与生石灰的火山灰反应pollanoic reaction生成硅酸盐。硅酸盐与水结合hydration凝固变硬,这是现代水泥的基本原理。对于工业革命时期还没有掌握现代化学的各色发明家,罗马混凝土给与他们模仿的灵感和方向。可是罗马人的火山灰来自于著名的维苏威Vesuvius火山附近一个村子Pozzuoli。在英法两国人们没有这般幸运,火山灰实在稀罕。所以发明家们需要另找出路。
最早的尝试发生在1759年。英国的土木工程师之父John Smeaton受委托在英格兰西南海岸14公里英吉利海峡中一丛礁石上修建灯塔。该礁石伴随潮汐出没于海面,使得航行此处的水手心惊胆战,宁肯靠近法国的海岸航行。鉴于英法之间交战频繁,修建灯塔的重要性不言而喻。建筑师面临的挑战来自于潮汐。当时绝大多数的石灰砂浆只能在空气中凝固。此处的潮汐间歇有12小时,远远不能满足要求。在John Smeaton之前有二人先后修建了两座木质灯塔,都未能持久。John Smeaton的任务是建筑一座全新的土石结构的灯塔来避免前身的覆辙。他借鉴罗马人的经验,设计出一种水硬性砂浆,配方是石灰,火山灰(意大利原产地)加上沙子。用这种砂浆粘合花岗岩形成的 masonry不但可以在12小时的潮汐间歇内迅速凝固,而且可以在海水中继续硬化,保证了建筑的强度和施工进度。他没有止步于此,而是作了一系列实验,想发现这种砂浆的水硬特性来自哪里。他的结论是粘土起了关键作用。他关于灯塔的工作报告汇集成书,在1791年出版。作为一名王家协会Royal Society成员,Smeaton的成功大概只在英国科学家圈子内得到响应。
1818年上文提到的法国工程师Louis Vicat向法国科学院提交了他发明的水泥,命名为人工水泥le ciment artificiel。这个名字是相对于当时已经被人所知的天然水硬性材料而言。没有记载表明John Smeaton对他有否影响。1822年他把自己的创造用于他负责建造的一座桥梁Souillac Bridge。这是所知的最早应用水泥的桥梁。法国化学家Baron Thénard说他"宁肯这(发明水泥)荣耀服务于实际用途,而不是个人富裕"。他没有对他的发明申请专利,似乎只有法国人相信他是现代水泥的创造者。直到1845年,英国人的波特兰水泥已经开始大行其道的时候,法国政府才以国家名义奖励他6,000法郎以表彰他无私的奉献。作为向他的致敬,他的名字在法国工程师埃菲尔承建那不朽的巴黎地标时,被标记在塔身之上。
历史表明商业活动对社会的影响远大于科学。处于工业革命前沿的英国社会历经了爆炸式的发展,人口,城市,经济规模急剧增长,对新建筑的需求极为迫切。建筑工业非常愿意尝试种种可以改进生产效率的材料和技术。1780年代James Parker,英国的一名教会神职人员开发了一种他自称为罗马水泥Roman Cement的新产品并在90年代获得专利。英格兰肯特郡北海岸外一个小岛Isle of Sheppey存在一种天然龟甲状石球Septaria。它是一种同时含有白垩(一种高纯度的碳酸钙矿石)和硅土的天然石灰岩。James Parker的罗马水泥就是把这石球经煅烧后磨粉而成。这种龟甲石球内含有较高比例的铝硅土,因而煅烧后产生更多的硅酸盐。所以水硬特征十分明显,据说可以在5至15分钟内凝固。这种新产品显著改变了masonry的建造方式,因而收到建筑商的欢迎。从工业过程而言,它从天然石灰岩煅烧得来,应该归类于水硬石灰。由于它的水硬特性明显优于水硬石灰,化学史家把它归类为天然水泥natural cement。虽然James Parker的产品与罗马和历史上的罗马混凝土没有任何关系,有研究者认为他的专利导致了John Smeaton的著作 (1791年) 未能引起广泛兴趣。1807年罗马水泥专利到期。一名英国工厂主James Frost得以在他的工厂内生产罗马水泥。他开始研究如何通过人工配方来生产罗马水泥。1810年的时候他好像开发出一套新工艺,不过直到1822年他的工艺才获得专利许可,其产品被命名为不列颠水泥British cement, 更常见的名字是Frost’s cement。1825年他在肯特郡一个盛产白垩chalk和粘土clay的地方开建工厂,生产他的不列颠水泥和罗马水泥。经过不断地改进技术和工艺,日后这家工厂曾经成为英国最大的水泥生产商。
Sheppey岛上的Septaria石头,罗马水泥来自于此
水泥生产的利润吸引了更多人进入这个领域。不过生产专利似乎是其中最大的障碍。发明家通过创制一套新工艺来摆脱专利的限制。英国一名Brick layer砌砖工Joseph Aspdin是他们中间最成功者。他为自己的产品取名为波特兰水泥Portland cement,因为他的水泥凝固后的色调与英国一种名贵石灰岩波特兰石Portland stone很像。波特兰水泥在1824获得专利,在市场竞争中很快就后来居上,引发新的模仿。据说Joseph Aspdin完全没有化学知识,他的成功仅仅出于偶然。他在英格兰北方的利兹作一个砌砖工,是建筑工程上砌砖masonry部分的承包人。大概为了隐藏生产工艺,Joseph 在他的专利文件上写到,石灰lime的来源是道路上的铺路石。如果没有铺路石再去找石灰岩。这听来很可笑。他本人也的确两次因为从公路上掘取铺路石而被起诉。有人怀疑他是否理解自己的发明。我看他更像一个前工业时期的狡黠的小商人,没有充分利用资本主义体系的各种便利来发展自己的事业。
在波特兰水泥成为市场主流的发展中,有两位年轻人贡献最大。一位是Isaac Charles Johnson。另一位是Joseph 的儿子William。
Isaac Charles Johnson的父亲是一家水泥工厂的经理人。他本人16岁时学习化学的同时,开始在父亲的厂里打工。22岁时他成为James Frost开建的那家水泥厂的生产经理。此时Frost已经移民美国了。因为Joseph Aspdin花费精力保密,波特兰水泥的工艺和配方对外人而言仍是个谜。1845年时Johnson的老板想邀请Joseph的儿子William Aspdin加入公司,但是没有成功。Johnson于是自告奋勇要搞出这个波特兰水泥的配方。他后来(1905)回忆到:
Johnson知道Frost的不列颠水泥的配方是2份白垩和1份本地产粘土,所以抛弃了伦敦分析家的说法,决定朝这个方向努力。他在 厂区内建立了一个实验室,日以继夜研究对比各种配方。他在不列颠水泥的原配方中加入更多的白垩,煅烧后窖炉中烧成了一些炉渣clinker样物质。他想起以前一位研究者建议扔掉炉渣的说法,决定反其道行之。炉渣磨粉后和窖炉中其他物质混合后体现了水硬特性。几天后他重复了这个实验,发现磨粉的炉渣本身的水硬特性更好。最终他确认了5份白垩和2份本地粘土的配方比例能够产生最好的效果。不久,按照这个工艺生产的水泥被法国瑟堡Cherbourg的一个政府工程项目采用。他自豪地回忆到,按照他的工艺配方生产的水泥,从此成为其他的供货商都要符合的一个质量标准。
Johnson认为自己是现代波特兰水泥的真正发明者。他后来开设了自己的工厂,其中一个分厂的生产持续到1971年。1911年时他接受了整个英国水泥工业代表祝贺他的百年生日,感谢他对于英国水泥工业的贡献。
尽管Johnson在英国水泥工业的历史上享有崇高地位,有研究者认为William Aspdin才是真正的现代波特兰水泥发明者。这不仅因为他父亲Joseph Aspdin最早取得波特兰水泥的专利,更因为William改进了工艺和配方。他生产的水泥,比法国人Louis Vicat ( 1817年)和英国人 Isaac Charles Johnson(1845年)的产品更加符合现代水泥的特征。
William Aspdin
William Aspdin在父亲工厂开始工作时只有14岁。1841年的时候他与父亲分手,跑到南方盛产白垩的肯特郡创业,此时也仅仅26岁。在父亲工厂10多年的经历,他大概领悟到水泥生产的关键,那就是适当的石灰和粘土的比例,更高的煅烧温度。这种工艺会产生一种与他父亲的快速凝固的水泥不同的,硬化相对缓慢,因而更适合于结构上用途的新水泥。他与人合伙开了一家工厂生产水泥,但是仍旧使用他父亲创立的波特兰水泥作为宣传手段,尽管他的水泥比他父亲的品质更优。有个著名的传说,说的是泰晤士河隧道修建时,有一次出现严重的河水泄漏。被誉为英国有史以来最伟大的工程师Brunel当机立断,从水面向隧道泄漏处投掷数以吨计的波特兰水泥,把泄漏堵住。这不大可能是事实。因为泰晤士河隧道竣工于1841年11月,而William在同年7月才来到肯特。难以想象在工程竣工前半年内还会出现严重的事故。不过,William的公司广告明确写着:
如果Brunel用波特兰水泥把整个隧道重新做封闭防水处理,这倒是可以理解。William应该属于不善经营的那种人。他破产两次,每次都遭到愤怒的债主追逐。后面那次破产,是Johnson收购了他的工厂。1857年他移民去到了德国汉堡地区。1860年在一名富裕的英国商人帮助下,他开设了德国最早的波特兰水泥工厂。这两个移民的成功引发了德国人建设水泥工厂的热情。4年后他就去世了。他在德国Lgerdorf的工厂几经转手最终被目前世界上最大的水泥厂商,瑞士Holcim 公司收购。虽然William Aspdin没有如Johnson那样功成名就,他对现代水泥的贡献伴随波特兰水泥的名字永存。
1859年伦敦大都市公用事业局London Cosmopolitan Board of Works的工程师John Grant通过漫长的对比试验,确定采用波特兰水泥作为伦敦城市排水系统的建筑材料。从此波特兰水泥在市场上特别是公共工程项目取得独占地位。其他种类的水泥在1880年后在市场上几乎销声匿迹了。波特兰水泥在英国的商业成功应该是Johnson的功劳。
距离William Aspdin开办德国第一家波特兰水泥厂之后不足20年,高效的德国人于1878年成立了德国水泥生产商协会,颁布了德国工业通用的波特兰水泥质量标准。到19世纪末期,欧洲三个主要国家英,法,德都实现了机械化的大规模水泥生产。水泥生产基本上成为技术问题:如何在控制成本的前提下实现水泥的设计指标。
<待续>
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建议重新考虑是否一定要保留对某人动机的论断,否则,有点可惜。
是不是就是一种东西?
还有罗马混凝土的成分不是已经清楚了是火山灰加石灰跟沙子吗,为什么说现在失传了
原来学做拉面的时候,师傅说和面的时候要加一种叫“盆灰”的东西,把面的韧性断掉,才拉得出拉面馆里的那种效果。但是他神神秘秘地不肯告诉我这个“盆灰”是什么东西。
面里加碱可以减少面的韧性,那么这个盆灰应该是碱性物质。拉面师傅手掌内侧揉面的部分总是青灰色的,应该就是受这种盆灰的影响。所以我当时猜这个盆灰应该是草木灰水。现在看来就是燕人说的“青石水”。终于解开了二十多年的一个谜题。
混凝土是由水泥和其他材料如沙子,碎石混合成的,所以叫混凝土。这些材料中文叫做骨料,因为它们为混凝土提供支持。水泥就是binder,把这些材料粘合在一起,中文叫做集料。
罗马混凝土的成分是古书记载的,但里面没有细节,看我引用的那段文章就知道了。那本书是古代西方世界最重要的建筑文献。
石灰
石灰和水泥在建筑功能上可归类为粘结剂,英文写作binder,即把砖石等粘合在一起的产品。石灰的历史较为久远,制备和使用相对容易。目前在欧洲保存下来的古建筑中,大多数是以石灰作为建筑粘结剂。现代水泥的生产和使用远较石灰复杂。
首先我们需要理解的是,语言有演化的过程。一个词汇在古代被发明后,其所指的对象可能会随时间变化。石灰lime是最古老的建筑用粘结剂,是天然石灰岩limestone煅烧后的结果,这在英文和中文中都是一致的。现在lime在英文语境中涵盖的范围比中文的石灰要广泛。中文石灰指向两种物质:生石灰和熟石灰。英文lime可以指向许多以金属钙calcium的化合物为基本成分的物质,包括两种中文意义上的石灰。
石灰岩limestone在地质上划分属于沉积岩。石灰岩部分来自远古时期海生生物的骨骼和壳类沉积。我有一块葡萄牙产moca crème 的样品,是葡萄牙的一种名产limestone。上面就有一只小小的贝壳遗迹。石灰岩的主要化学成分为碳酸钙。在高温下石灰岩的碳酸钙成分被分解为氧化钙和二氧化碳。二氧化碳飞逸于空气中,剩下的白色物质我国称作生石灰,英文叫作quick lime或者burnt lime,其主要成分就是氧化钙。英文把从石灰岩灼烧得到石灰的过程叫做煅烧calcination,这个词的词根就是金属钙calcium。天然石灰岩lime stone除我国所常见的青石外,有许多具有不同的颜色和纹理,其出色者常常被采用作为装饰材料,如上面提到的moca crème 。更令人惊异的是,在一定的地球物理环境中,石灰岩lime stone会变形成具有美丽纹路的大理石。这是由于天然石灰岩的成分除碳酸钙外,经常会有其他化学物质以或多或少的比例参杂共存,从而导致石灰岩不同的外观。所以煅烧石灰岩后,不会得到100%的氧化钙。我国古文献中的纪录可以为这个事实作出例证:
风中自解者,应该是从纯度较高的碳酸钙石灰岩所煅烧得来。因此古人从使用效果上说"此为有力"。石灰岩中的其他成分大有奥妙,下面慢慢说道。
青石即是我国所出产的一种较常见的石灰岩。有趣的是,它不仅可以用来烧石灰,还可以用来制作一种青石水,是陕西地区传统方法制作拉面的原料。其方法是将烧红的青石掷于清水中。待水冷却澄清后即可使用。此法被记载于1980年代中国财经出版社出版的中国小吃陕西专集中。
这个做法当然是我国劳动人民的实践智慧的结晶,虽然他们不能用现代化学来解释其中的道理。从化学反应本质来说,这就是生产另外一种石灰产品熟石灰的粗略版本。熟石灰的化学名字是氢氧化钙。我们在化学中学到,生石灰与水混合发生化学反应,其结果就是熟石灰。烧红的青石表面生成氧化钙即生石灰,投入水中后形成氢氧化钙即熟石灰,青石水就是熟石灰的水溶液。熟石灰在水中的溶解度不高,其水溶液lime water呈弱碱性。在我国南方的湖广地区人们喜爱用碱水和面以获得面条独特的口感,这与青石水和面的作用机理是一致的。当然此碱非彼碱,不过化学性质相近。在饱和的石灰水溶液中继续加入熟石灰,搅匀后会形成白色乳状的悬浮液。英文名字叫做milk of lime石灰奶剂。英国历史上曾有一段时期,医生用这种milk治疗消化不良及其他胃病症状。不过这个做法早已经被同是氢氧化物但碱性更弱的镁奶剂milk of magnesium 代替了。
生石灰与水结合成熟石灰,同时发出大量热。化学术语称这个过程为水合反应hydration。所以熟石灰的英文名字叫做hydrated lime。 英文的熟石灰还有另外一个传统名字slaked lime。这个名字与我国的叫法熟石灰有异曲同工之妙,都应该来自于前人对生石灰与水结合大量放热的观察。熟石灰的标准反应热是647千焦,远足以将1公斤水烧沸。按照我国民以食为天的传统,熟石灰可以理解为被水煮熟的石灰。英文slake原意为因渴甚而大量饮水。Slaked lime直译就是被大量灌水的石灰。生石灰与水混合后,水发生沸腾现象,英人把它形象化,可不就是要以水止沸的样子?
在初等化学教科书里,石灰水lime water常被用来证明二氧化碳的存在,因为二氧化碳能够与氢氧化钙结合生成不溶于水的碳酸钙,使澄清的石灰水变混浊。同样原因,不管是生石灰还是熟石灰,与空气接触后都会逐渐变硬(硬化)。其化学反应的本质是空气中的二氧化碳与氧化钙或者氢氧化钙反应生成具有一定硬度的碳酸钙。这一原理奠定了石灰作为建筑凝结剂的基本地位。在人类干预下,从自然界的石灰岩回到人工的碳酸钙,形成一个循环,英文称之为lime cycle。这里的lime我想不起用那个词翻译能够全面表达这个循环过程。化学公式如下:
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
在现代水泥产生之前,石灰主要被用来与沙子和水混合制成砂浆mortar,是把砖石粘合的关键材料。至迟到1820年代,英国人还在大型工程项目上使用这种石灰砂浆。石灰的另外用途是建筑内涂料lime plaster和外墙涂料lime render。
使用mortar堆砌的建筑物在西方有个统称masonry,主要指以粘土砖,天然石块为材料建成的城堡,城墙,教堂之类持久坚固的建筑物。从事这项工作的人叫mason,中文翻译做石瓦匠,其实严重缩小了这个英文名字的内涵。一个mason的职责包括了现代意义上的建筑师,项目经理,施工经理和现场工人等等的总和。这也是古今词语意义的演化的一个例子。单独使用的Mason名字在现代很少见,其原先的体力工作部分主要为brick layer砌砖工和stone mason石匠继承,设计和管理职责已经被高度专业化的人士承担。不但mason的职责名目变化了,连大名鼎鼎的Freemasonry共济会,也从一个mason专业协会演变成国际阴谋俱乐部(据何新先生言)。
原因在哪里?建筑工业的专业分工趋势导致mason这个位置逐渐消亡。还有一个原因不可忽视。砂浆mortar的成分与时俱进,已经不再是石灰砂浆lime mortar。 Masonry部分在建筑物整体中比重很小,mason也就慢慢淡出了。
地下室混凝土砖外墙Concrete masonry units (CMUs)
从国内外石雕原料多是青石和大理石便可推论,石灰砂浆lime mortar在空气中凝固后所提供的强度不高。事实是它远远不如水泥。这个特质既是优点也是缺点。不过很明显,用石灰砂浆不可能建成现代的高楼。空气中的二氧化碳浓度很低,同时砂浆的状态(厚度)也会阻碍二氧化碳与砂浆内部的氢氧化钙反应。因此石灰砂浆的凝固非常缓慢,使得建筑工期极为漫长。这个重要原因促使工业革命后经济快速发展的西欧社会寻求一种新的建筑粘结剂。
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在于已经失去了自我反省、自我更新、自我升级的可能性。
因为自明朝,已没有了外来的文化交流和不断被挑衅、质疑、升级的可能,因此我们的传统文化什么新东西也孕育不出来,外来的东西一来,就兵败如山倒。如同中医,只是一个笑话。
年轻的朋友们可能觉得文化的自我反省和升级,作为一个概念比较难以理解,OK!我举个例子吧:
中国的城市中,最富裕的城市,往往是那些外来人口很多的城市,比如广州、北京、上海,每年GDP都是国内前茅。中国的省中,最富裕的省份,往往是外来人口很多的沿海省份,比如山东、广东、浙江、江苏。
这些城市、省得固有本土文化也相对“弱”,或者说变得更加“大众化”,变种后的文化也变得更加“强势”,即“知”外来之文化,而善用之。不合发展的外来文化,或本土孕育的文化,会在都市发展中被很快遗忘并抛弃。比如东北人、四川人,在北京、上海都能找到工作,找到老乡。
而相对贫穷的省份,如贵州、云南、甘肃,无论因什么原因而贫穷,外来人口往往较少,本土文化保存反而较完整。沿海也有例外,我在的天津就在各方面相对较为落后,天津的外来人口在沿海大型城市中,比例就比较低,比青岛、威海、宁波、厦门都低!而天津也是对“本土文化”比较看重的一个城市。成为都市仅仅200-300年的一个地方,怎么会有本土文化?2000多年历史的苏州都自称是世界的苏州,天津为什么要找本土文化呢?只能反证落后。
这或许是文化上的,“杂种优势”吧。
了。
给燕人兄备注两点
1,在饱和的石灰水溶液中继续加入熟石灰,搅匀后会形成白色乳状的悬浮液。
工程中用的石灰是生石灰熟化后的熟石灰,可是为了避免没有熟化的石灰在使用后遇水再水化(正如你说的,是剧烈放热,且体积膨胀),这个水化反应对硬化后的砂浆是致命的。因此,一般要把熟石灰放到工地预先挖好的水坑里泡着(也就是把生石灰扔到水坑里,反应后继续泡),也就是你所说的石灰水溶液继续加熟石灰。这个一般要两周,我们叫“陈伏”。
2.石灰砂浆lime mortar在空气中凝固后所提供的强度不高。
这个是这样的,我们目前的使用石灰砂浆而不是纯水泥砂浆,主要原因是石灰有个特殊好处是保水性特别好,这样石灰砂浆可以保持较多水分补散失,较长时间还保持塑性,这样可以搅拌一份砂浆用很久(尤其是砌筑砂浆,一车砂浆要用几个小时没准,水分少的话,很快就凝结硬化了)。所以强度虽然不够,但是 用处是很大。此外,中国过去所谓三合土,就包含有石灰。石灰产生强度过程是这样的,CaO 水化得到Ca(OH)2,这个晶体强度很一般,可是在潮湿空气中,会慢慢碳化变成CaCo3.也就是又变成石灰石了。这样就有强度了。这也就是为什么石灰是一种所谓气硬性胶凝材料,而水泥是水硬性的。因为石灰是需要空气中二氧化碳进行碳化才会有强度慢慢增长。当然使用期一般来说强度还是会很低。但是这个过程可以持续很久。因此就有出现另外一个很有意思的现象,就是很多古代建筑,老城墙之类的,因为用了石灰,经过千百年的碳化,石灰已经变成石灰石(就是上文说的石灰岩)了。强度还是会很高的。所以经常出现一地震老建筑立着,新建筑到了的现象。总之石灰还是很有意思的,类似气硬性胶凝材料常用的还有石膏和水玻璃。
另外叫法。(有的其他建材是叫集料,一般混凝土里叫骨料)
明年给我的学生上材料概论课可以作为很好的资料。
照例给老兄注释两点,
1,据我说知(不保真呵呵),古罗马人所谓维苏威火山的天然粉末,其实就是火山喷发的火山灰。火山灰是有活性的,是可以进行如上文所述的水化的,因为罗马人可以说是因祸得福,发现一种很好的胶凝材料。现在我们仍然有时候把胶凝材料的活性叫做火山灰活性,出处就是这儿。
2,老兄有一个小小的笔误,我们常说的普通硅酸盐水泥,不是普通的硅酸盐水泥,硅酸盐水泥就是波特兰水泥,分为两种,简写是PI,和PII。主要是混合材的量的区别。
而普通硅酸盐水泥是另一种 水泥,是混合材稍微比PI和PII多一些的水泥,我们就叫普通硅酸盐水泥,PO。如果再多些混合材料,比如混合一些火山灰,就叫火山灰硅酸盐水泥(简称火山灰水泥,PP)。混合了粉煤灰就叫粉煤灰水泥PF。搀和了磨细的矿渣的叫矿渣水泥PS。还有几种, 一起叫通用水泥。
此外据我从别的资料上看到的和老兄商榷的是,有一个说法是portland这个词拆开就是港口的一块土地。有一个说法是这个是个地名,就在朴茨茅次港外面的一个小岛就是这个地方,1820年代为了给泰晤士河隧道用防水材料,在这儿建立了一个水泥厂,就是上文说的那个波特兰水泥厂。很久以前看过的一个资料上是这样说的。算给老兄文补充一个不同的说法吧。
青石水的青石没有烧成灰,而且要澄清了再使用,应该不会让手染上颜色。