混凝土的發(fā)明與建筑業(yè)的發(fā)展

摘 要：本文介紹了自混凝土發(fā)明以來建筑業(yè)在理論和實踐以及混凝土本身等方面所取得重大發(fā)展。指出了創(chuàng)新和創(chuàng)新能力與價值的相依關(guān)系。

關(guān)鍵詞：混凝土 結(jié)構(gòu) 電梯 管材 創(chuàng)新

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

古希臘偉大詩人但?。?265—1321）用“走自己的路，讓人家去說吧”激勵人們?nèi)ラ_創(chuàng)科學(xué)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?shù)慕Y(jié)構(gòu)問題。

工業(yè)革命后，大規(guī)模建造水工結(jié)構(gòu)，諸如港口、堤壩、橋涵等的要求，推動人們?nèi)ふ夷退哪z結(jié)材料。1824年英國石匠阿斯普丁（J·Aspdin 1779—1855）發(fā)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(yīng)用后其效果引起世界關(guān)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(zhuǎn)窯，使水泥能大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。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(quán)。后經(jīng)多次測試得知鋼材與混凝土有相近的熱膨脹系數(shù)，二者結(jié)合能不受溫度影響而牢固結(jié)合在一起，從而引發(fā)建筑業(yè)有史以來的大發(fā)展，使高樓大廈得以實現(xiàn)，建設(shè)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(jīng)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(dǎo)，他修建了橫斷面3～12 m2不等的連拱結(jié)構(gòu)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(shù)和筑壩蓄水技術(shù)等解決了居民供水不足，獲得市民贊譽?，F(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)代化建設(shè)涌現(xiàn)，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(yè)再創(chuàng)新、擴大產(chǎn)量、提高質(zhì)量，相關(guān)產(chǎn)業(yè)相應(yīng)發(fā)展，質(zhì)量也上升一個新臺階。如此周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)，乃至無窮。

1 鋼筋混凝土的發(fā)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(yè)又相繼創(chuàng)立了一系列新理論和新技術(shù)。

鋼筋混凝土本身發(fā)展有輕質(zhì)輕骨料混凝土。1920年前后又有了人造輕質(zhì)混凝土，SJ海得用回轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jié)粉煤灰陶粒。

結(jié)構(gòu)方面：它使受彎構(gòu)件變成受拉或受壓構(gòu)件，充分發(fā)揮了材料潛能，增大了建筑跨度，相應(yīng)出現(xiàn)了懸索、薄殼、網(wǎng)架和充氣等新型結(jié)構(gòu)，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(shè)問題。懸索結(jié)構(gòu)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)有1976年北京首都體育館（平板型網(wǎng)架）、美國西雅圖體育館；充氣結(jié)構(gòu)有1975年美國密執(zhí)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(shù)，控制地面運動傳入上部結(jié)構(gòu)發(fā)生非彈性形變的思想。于是結(jié)構(gòu)上有了抗側(cè)向應(yīng)力的剪力墻和筒式結(jié)構(gòu)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(yè)大發(fā)展，二次大戰(zhàn)前夕，建筑機械達到了相當(dāng)規(guī)模和水平，戰(zhàn)中由于建筑機械支援軍事工程需要，戰(zhàn)后美國國內(nèi)外建筑項目劇增，促使建筑機械迅猛發(fā)展并成龍配套。

現(xiàn)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(yè)革命后蒸汽機出現(xiàn)，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(gòu)簡便、精確可靠、速度快、效率高的多功能多形式的現(xiàn)代電梯。今天在許多大商場里現(xiàn)代電梯成了一道亮麗的風(fēng)景線。

給排水管材：1909年出現(xiàn)了一種安全玻璃，20世紀40年代人們發(fā)現(xiàn)玻璃纖維具有較高的抗拉強度和化學(xué)穩(wěn)定性，就以它為增強劑，以塑料為基體得到號稱“玻璃鋼”的復(fù)合材料。70年代廣為普及與應(yīng)用。此時，塑料管材與復(fù)合塑料管材的相繼研發(fā)成功并在建筑業(yè)上應(yīng)用，促使給排水工程產(chǎn)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(zhì)輕、衛(wèi)生環(huán)保、安裝便捷、使用年長、市場接受的性價比好等優(yōu)點，加上我國建設(shè)部相繼發(fā)布文件和施工標(biāo)準(zhǔn)，使塑料管材的應(yīng)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(fù)合鋼塑管材研發(fā)成功，使塑料管材應(yīng)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(huán)保鍋爐和熱水器：建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的鍋爐采暖和生活熱水供應(yīng)已不適應(yīng)衛(wèi)生環(huán)保、節(jié)能、節(jié)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(huán)保無污染、靜音等的供熱、供水設(shè)備相繼研發(fā)問世，使我國城市中傳統(tǒng)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(jié)省了土建投資和運行費用，凈化了空氣，改善了環(huán)保，降低了費用，改善了民生。

2 創(chuàng)新

創(chuàng)新就是改革舊事物、探索新領(lǐng)域、攀登新高峰；創(chuàng)新能力是博學(xué)知識、發(fā)現(xiàn)和解決問題的聰明、智慧和才能。有了創(chuàng)新才能使創(chuàng)新能力發(fā)揮作用，而有了創(chuàng)新能力才能使創(chuàng)新計劃和目標(biāo)付諸實施并得以實現(xiàn)。然而，科學(xué)的創(chuàng)新和發(fā)展又受到社會制度和國家興衰的影響，以及科學(xué)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(chuàng)新才能迅速發(fā)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(quán)量512881件（其中發(fā)明授權(quán)量385619件）這個事實就充分說明了我國優(yōu)越的社會制度給科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了廣闊的舞臺，服務(wù)于科學(xué)家們?nèi)ナ┱共湃A。

參考文獻

[1] 近現(xiàn)代科學(xué)史研究室.《科學(xué)技術(shù)的發(fā)展》中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所[M].科學(xué)普及出版社，1982，9.

[2] 解恩澤，嵇訓(xùn)煥，易惟讓，等.在科學(xué)的旅途上[M].科學(xué)出版社，1979，8.

[3] 申漳[著].簡明科學(xué)技術(shù)史話[M].中國青年出版社，1981，7.