混凝土的发明与建筑业的发展

摘 要：本文介绍了自混凝土发明以来建筑业在理论和实践以及混凝土本身等方面所取得重大发展。指出了创新和创新能力与价值的相依关系。

关键词：混凝土 结构 电梯 管材 创新

中图分类号：N09 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0058-01

古希腊伟大诗人但丁（1265—1321）用“走自己的路，让人家去说吧”激励人们去开创科学新天地，从而有建筑家伯鲁涅列斯基（1377—1446）利用精确的计算解决了建筑佛罗伦萨教堂天柱圆屋顶的结构问题。

工业革命后，大规模建造水工结构，诸如港口、堤坝、桥涵等的要求，推动人们去寻找耐水的胶结材料。1824年英国石匠阿斯普丁（J·Aspdin 1779—1855）发明了水泥，用水泥和砂、石制成的混凝土在凝固前有很好的可塑性，能用模子浇注成各种形状，硬化后有很高的抗压强度而且耐火，在建筑工程中应用后其效果引起世界关注。1840年在法国、1855年在德国、1899年在中国分别建立了水泥制造厂（中国唐山叫细敏土厂）。19世纪70年代美国制造了回转窑，使水泥能大规模连续生产。由于混凝土在拉力作用下很容易破裂而影响使用效果，一个法国园艺师在用铁丝加固水泥制成的容器时得到启示，获得了钢筋混凝土的专利权。后经多次测试得知钢材与混凝土有相近的热膨胀系数，二者结合能不受温度影响而牢固结合在一起，从而引发建筑业有史以来的大发展，使高楼大厦得以实现，建设桥梁、水坝、港湾和公路有了可能。意大利罗马的引水工程就是这一时期用混凝土的经典作品。公元100年前罗马城有百万居民，九条引水渠供水困难。公元1997年弗朗提努任罗马水利督导，他修建了横断面3～12 m2不等的连拱结构的混凝土暗渠水道186 km长，为了使水渠跨越低地，他还采用了长连拱、虹吸技术和筑坝蓄水技术等解决了居民供水不足，获得市民赞誉。现存还有153个、长1372 m、高约12 m的水道供世人享用。钢筋混凝土的诞生，使一批现代化建筑拔地而起。1891年美国芝加哥建造了22层楼房；1910年美国纽约都会保险公司建造了高213 m50层大楼；1931年美国纽约建造了高380 m102层被人们誉为“摩天楼“的帝国大厦；1974年美国芝加哥建成了高443.2 m109层的西尔斯大厦。于今，世界各地高楼林立，跨海大桥等现代化建设涌现，它既美化了地球村，又改善了地球村民的生活，同时又反作用于水泥工业再创新、扩大产量、提高质量，相关产业相应发展，质量也上升一个新台阶。如此周而复始，循环往复，乃至无穷。

1 钢筋混凝土的发展

随着钢筋混凝土使用的拓展和理论研究的深入，在建筑业又相继创立了一系列新理论和新技术。

钢筋混凝土本身发展有轻质轻骨料混凝土。1920年前后又有了人造轻质混凝土，SJ海得用回转窑烧制出膨胀粘土的轻骨料，20世纪60年代美国用它建造了休斯顿贝壳广场大厦。20世纪90年代挪威、日本等国研究了高性能轻骨料配方生产工艺，改善了混凝土的工作性、耐久性，英国用它建造了北海石油平台；挪威建了跨海悬臂桥。1988年日本集18家公司研究了粉煤灰轻骨料混凝土。20世纪50年代我国研究了人造骨料，先后制成了粘土陶粒、页岩粒和烧结粉煤灰陶粒。

结构方面：它使受弯构件变成受拉或受压构件，充分发挥了材料潜能，增大了建筑跨度，相应出现了悬索、薄壳、网架和充气等新型结构，解决了展览馆、体育馆、大会堂、飞机库以及工厂厂房、仓库等的建设问题。悬索结构有1959年北京工人体育馆、意大利米兰双曲线抛物面体育馆；网架结构有1976年北京首都体育馆（平板型网架）、美国西雅图体育馆；充气结构有1975年美国密执安州庞蒂亚克体育馆。

抗震方法：美、日、法等国提出了控制地震能量输入和分配的技术，控制地面运动传入上部结构发生非弹性形变的思想。于是结构上有了抗侧向应力的剪力墙和筒式结构墙体。

建筑机械：为了解决高层建筑施工难，20世纪初建筑机械行业大发展，二次大战前夕，建筑机械达到了相当规模和水平，战中由于建筑机械支援军事工程需要，战后美国国内外建筑项目剧增，促使建筑机械迅猛发展并成龙配套。

现代电梯：电梯最早是由原始人力拉上起滑轮式的简单升降机。工业革命后蒸汽机出现，才有机械动力活塞式的蒸汽升降工具。为了解决高层建筑楼高上下难，19世纪后期才有以电力为动力的机构简便、精确可靠、速度快、效率高的多功能多形式的现代电梯。今天在许多大商场里现代电梯成了一道亮丽的风景线。

给排水管材：1909年出现了一种安全玻璃，20世纪40年代人们发现玻璃纤维具有较高的抗拉强度和化学稳定性，就以它为增强剂，以塑料为基体得到号称“玻璃钢”的复合材料。70年代广为普及与应用。此时，塑料管材与复合塑料管材的相继研发成功并在建筑业上应用，促使给排水工程产生巨大变革。由于塑料管材有较好的抗拉强度、抗腐蚀性强、输送质轻、卫生环保、安装便捷、使用年长、市场接受的性价比好等优点，加上我国建设部相继文件和施工标准，使塑料管材的应用范围迅速扩大，品种上多元化并成龙配套，使铸铁管材逐渐退出建筑市场。复合钢塑管材研发成功，使塑料管材应用拓展到供热、石油、化工、煤气输送和照明、通讯等远距离输送的大型工程中。

环保锅炉和热水器：建筑业的迅猛发展，传统的锅炉采暖和生活热水供应已不适应卫生环保、节能、节地要求。20世纪中叶一种具有高效、高承压、体积小、安装简便、灵活、费用低、维护和操作方便、环保无污染、静音等的供热、供水设备相继研发问世，使我国城市中传统的用煤锅炉逐渐告别，高大烟囱继之拆除，扩大了建筑用地、节省了土建投资和运行费用，净化了空气，改善了环保，降低了费用，改善了民生。

2 创新

创新就是改革旧事物、探索新领域、攀登新高峰；创新能力是博学知识、发现和解决问题的聪明、智慧和才能。有了创新才能使创新能力发挥作用，而有了创新能力才能使创新计划和目标付诸实施并得以实现。然而，科学的创新和发展又受到社会制度和国家兴衰的影响，以及科学自身的特点和要求所制约，只有社会状况符合这些特点和要求的时候，创新才能迅速发展且持久永恒。从1985年4月至2010年12月间我国专利申请授权量512881件（其中发明授权量385619件）这个事实就充分说明了我国优越的社会制度给科学技术的创新和发展提供了广阔的舞台，服务于科学家们去施展才华。

参考文献

[1] 近现代科学史研究室.《科学技术的发展》中国科学院自然科学史研究所[M].科学普及出版社，1982，9.

[2] 解恩泽，嵇训焕，易惟让，等.在科学的旅途上[M].科学出版社，1979，8.

[3] 申漳[著].简明科学技术史话[M].中国青年出版社，1981，7.