1.3 胶凝材料和水泥发展简史
远在古代,人们就开始使用黏土(有时掺入稻草、壳皮等植物纤维)来抹砌简易建筑物,但未经煅烧的黏土不耐水且强度较低。
在公元前3000~2000年,人类开始用火煅烧石灰、石膏,并将其制成砂浆用作胶凝材料。古代埃及的金字塔和我国的万里长城都是用石灰、石膏作为胶凝材料砌筑而成的。
随着生产的发展,逐渐要求强度较高,并能防止被水侵蚀和冲毁的胶凝材料。到公元初,古希腊人和罗马人就开始用掺有火山灰的石灰砂浆来兴建建筑物。这类具有水硬性的胶凝材料在古罗马的“庞贝”城以及罗马圣庙、法国南部里姆斯附近的加德桥等著名古建筑上都有应用。在我国古代建筑中所大量应用的“三合土”,实际上也是一种石灰-火山灰材料。随后又进一步发现,将碎砖、废陶等磨细后,与石灰混合可制成具有水硬性的胶凝材料,从而使火山灰质材料由天然的发展到人工制造。
到18世纪后半期,1756年出现了水硬性石灰,1796年出现了罗马水泥,都是将含有适量黏土的黏土质石灰石经过燃烧而得。在此基础上,发展到用天然水泥岩(黏土含量20%~25%的石灰石)经煅烧和磨细制得天然水泥。然后,逐渐发现可以用石灰石和定量的黏土共同磨细混匀,经过煅烧制成由人工配料的水硬性石灰。这实际上可看成近代硅酸盐水泥制造的雏形。
19世纪初(1810~1825年)已出现用人工配料,将石灰石与黏土的细粉按一定比例配合,在类似石灰窑的炉内,经高温烧结成块(熟料),再进行粉磨制成的水硬性胶凝材料。因为这种胶凝材料同英国伦敦附近波特兰岛出产的石灰石相近,故称为波特兰水泥(Portland Cement)。1824年,英国人阿斯普丁(J.Aspdin)首先取得了该项产品的专利。此后,欧洲各地不断对水泥进行改进,1856年德国建起了水泥厂,并普及到了美国。1870年以后,水泥作为一种新型工业在世界许多国家和地区得以发展和应用,对工程建设起了很大作用。
由于工业的不断发展,以及军事工程和特殊工程的需要,又先后制成了各种不同用途的水泥,如快硬水泥、铝酸盐水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐水泥、低热水泥、油井水泥、硫铝酸盐水泥等。
由上可见,胶凝材料的发展经历是:天然胶凝材料→石膏、石灰→石灰、火山灰→水硬性石灰、天然水泥→硅酸盐水泥→不同品种水泥。可以相信,随着社会生产力的提高,胶凝材料还将有较快的发展,以满足日益增长的各种工程建设的需要。