混凝土的發明與建筑業的發展

摘 要：本文介紹了自混凝土發明以來建筑業在理論和實踐以及混凝土本身等方面所取得重大發展。指出了創新和創新能力與價值的相依關系。

關鍵詞：混凝土 結構 電梯 管材 創新

中圖分類號：N09 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0058-01

古希臘偉大詩人但丁（1265—1321）用“走自己的路，讓人家去說吧”激勵人們去開創科學新天地，從而有建筑家伯魯涅列斯基（1377—1446）利用精確的計算解決了建筑佛羅倫薩教堂天柱圓屋頂的結構問題。

工業革命后，大規模建造水工結構，諸如港口、堤壩、橋涵等的要求，推動人們去尋找耐水的膠結材料。1824年英國石匠阿斯普丁（J·Aspdin 1779—1855）發明了水泥，用水泥和砂、石制成的混凝土在凝固前有很好的可塑性，能用模子澆注成各種形狀，硬化后有很高的抗壓強度而且耐火，在建筑工程中應用后其效果引起世界關注。1840年在法國、1855年在德國、1899年在中國分別建立了水泥制造廠（中國唐山叫細敏土廠）。19世紀70年代美國制造了回轉窯，使水泥能大規模連續生產。由于混凝土在拉力作用下很容易破裂而影響使用效果，一個法國園藝師在用鐵絲加固水泥制成的容器時得到啟示，獲得了鋼筋混凝土的專利權。后經多次測試得知鋼材與混凝土有相近的熱膨脹系數，二者結合能不受溫度影響而牢固結合在一起，從而引發建筑業有史以來的大發展，使高樓大廈得以實現，建設橋梁、水壩、港灣和公路有了可能。意大利羅馬的引水工程就是這一時期用混凝土的經典作品。公元100年前羅馬城有百萬居民，九條引水渠供水困難。公元1997年弗朗提努任羅馬水利督導，他修建了橫斷面3～12 m2不等的連拱結構的混凝土暗渠水道186 km長，為了使水渠跨越低地，他還采用了長連拱、虹吸技術和筑壩蓄水技術等解決了居民供水不足，獲得市民贊譽。現存還有153個、長1372 m、高約12 m的水道供世人享用。鋼筋混凝土的誕生，使一批現代化建筑拔地而起。1891年美國芝加哥建造了22層樓房；1910年美國紐約都會保險公司建造了高213 m50層大樓；1931年美國紐約建造了高380 m102層被人們譽為“摩天樓“的帝國大廈；1974年美國芝加哥建成了高443.2 m109層的西爾斯大廈。于今，世界各地高樓林立，跨海大橋等現代化建設涌現，它既美化了地球村，又改善了地球村民的生活，同時又反作用于水泥工業再創新、擴大產量、提高質量，相關產業相應發展，質量也上升一個新臺階。如此周而復始，循環往復，乃至無窮。

1 鋼筋混凝土的發展

隨著鋼筋混凝土使用的拓展和理論研究的深入，在建筑業又相繼創立了一系列新理論和新技術。

鋼筋混凝土本身發展有輕質輕骨料混凝土。1920年前后又有了人造輕質混凝土，SJ海得用回轉窯燒制出膨脹粘土的輕骨料，20世紀60年代美國用它建造了休斯頓貝殼廣場大廈。20世紀90年代挪威、日本等國研究了高性能輕骨料配方生產工藝，改善了混凝土的工作性、耐久性，英國用它建造了北海石油平臺；挪威建了跨海懸臂橋。1988年日本集18家公司研究了粉煤灰輕骨料混凝土。20世紀50年代我國研究了人造骨料，先后制成了粘土陶粒、頁巖粒和燒結粉煤灰陶粒。

結構方面：它使受彎構件變成受拉或受壓構件，充分發揮了材料潛能，增大了建筑跨度，相應出現了懸索、薄殼、網架和充氣等新型結構，解決了展覽館、體育館、大會堂、飛機庫以及工廠廠房、倉庫等的建設問題。懸索結構有1959年北京工人體育館、意大利米蘭雙曲線拋物面體育館；網架結構有1976年北京首都體育館（平板型網架）、美國西雅圖體育館；充氣結構有1975年美國密執安州龐蒂亞克體育館。

抗震方法：美、日、法等國提出了控制地震能量輸入和分配的技術，控制地面運動傳入上部結構發生非彈性形變的思想。于是結構上有了抗側向應力的剪力墻和筒式結構墻體。

建筑機械：為了解決高層建筑施工難，20世紀初建筑機械行業大發展，二次大戰前夕，建筑機械達到了相當規模和水平，戰中由于建筑機械支援軍事工程需要，戰后美國國內外建筑項目劇增，促使建筑機械迅猛發展并成龍配套。

現代電梯：電梯最早是由原始人力拉上起滑輪式的簡單升降機。工業革命后蒸汽機出現，才有機械動力活塞式的蒸汽升降工具。為了解決高層建筑樓高上下難，19世紀后期才有以電力為動力的機構簡便、精確可靠、速度快、效率高的多功能多形式的現代電梯。今天在許多大商場里現代電梯成了一道亮麗的風景線。

給排水管材：1909年出現了一種安全玻璃，20世紀40年代人們發現玻璃纖維具有較高的抗拉強度和化學穩定性，就以它為增強劑，以塑料為基體得到號稱“玻璃鋼”的復合材料。70年代廣為普及與應用。此時，塑料管材與復合塑料管材的相繼研發成功并在建筑業上應用，促使給排水工程產生巨大變革。由于塑料管材有較好的抗拉強度、抗腐蝕性強、輸送質輕、衛生環保、安裝便捷、使用年長、市場接受的性價比好等優點，加上我國建設部相繼發布文件和施工標準，使塑料管材的應用范圍迅速擴大，品種上多元化并成龍配套，使鑄鐵管材逐漸退出建筑市場。復合鋼塑管材研發成功，使塑料管材應用拓展到供熱、石油、化工、煤氣輸送和照明、通訊等遠距離輸送的大型工程中。

環保鍋爐和熱水器：建筑業的迅猛發展，傳統的鍋爐采暖和生活熱水供應已不適應衛生環保、節能、節地要求。20世紀中葉一種具有高效、高承壓、體積小、安裝簡便、靈活、費用低、維護和操作方便、環保無污染、靜音等的供熱、供水設備相繼研發問世，使我國城市中傳統的用煤鍋爐逐漸告別，高大煙囪繼之拆除，擴大了建筑用地、節省了土建投資和運行費用，凈化了空氣，改善了環保，降低了費用，改善了民生。

2 創新

創新就是改革舊事物、探索新領域、攀登新高峰；創新能力是博學知識、發現和解決問題的聰明、智慧和才能。有了創新才能使創新能力發揮作用，而有了創新能力才能使創新計劃和目標付諸實施并得以實現。然而，科學的創新和發展又受到社會制度和國家興衰的影響，以及科學自身的特點和要求所制約，只有社會狀況符合這些特點和要求的時候，創新才能迅速發展且持久永恒。從1985年4月至2010年12月間我國專利申請授權量512881件（其中發明授權量385619件）這個事實就充分說明了我國優越的社會制度給科學技術的創新和發展提供了廣闊的舞臺，服務于科學家們去施展才華。

參考文獻

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[2] 解恩澤，嵇訓煥，易惟讓，等.在科學的旅途上[M].科學出版社，1979，8.

[3] 申漳[著].簡明科學技術史話[M].中國青年出版社，1981，7.