§4現代水泥的發明

§4現代水泥的發明(1/3)

現代水泥的發明有一個漸進的過程，並不是一蹴而就的。

18世紀中葉，英國航海業已較發達，但船隻觸礁和撞灘等海難事故頻繁發生。為避免海難事故，采用燈塔進行導航。當時英國建造燈塔的材料有兩種：木材和“羅馬砂漿”。然而，木材易燃，遇海水易腐爛；“羅馬砂漿”雖然有一定耐水性能，但尚經不住海水的腐蝕和衝刷。由於材料在海水中不耐久，因此燈塔經常損壞，船隻無法安全航行，迅速發展的航運業遇到重大障礙。為解決航運安全問題，尋找抗海水侵蝕材料和建造耐久的燈塔成為18世紀50年代英國經濟發展中的當務之急。對此，英國國會不惜重金，禮聘人才。被尊稱為英國土木之父的工程師史密頓（J.　Smeaton）應聘承擔建設燈塔的任務。

1756年，史密頓在建造燈塔的過程中，研究了“石灰－火山灰－砂子”三組分砂漿中不同石灰石對砂漿性能的影響，發現含有黏土的石灰石，經煆燒和細磨處理後，加水製成的砂漿能慢慢硬化，在海水中的強度較“羅馬砂漿”高很多，能耐海水的衝刷。史密頓使用新發現的砂漿建造了舉世聞名的普利茅斯港的漩岩（Eddystone）大燈塔。

用含黏土、石灰石製成的石灰被成為水硬性石灰。史密頓的這一發現是水泥發明過程中知識積累的一大飛躍，不僅對英國航海業做出了貢獻，也對“波特蘭水泥”的發明起到了重要作用。然而，史密頓研究成功的水硬性石灰，並未獲得廣泛應用，當時大量使用的仍是石灰、火山灰和砂子組成的“羅馬砂漿”。

1796年，英國人派克（J.　Parker）將稱為Sepa　Tria的黏土質石灰岩，磨細後製成料球，在高於燒

石灰的溫度下煆燒，然後進行磨細製成水泥。派克稱這種水泥為“羅馬水泥”（Roman　Cement），並取得了該水泥的專利權。“羅馬水泥”凝結較快，可用於與水接觸的工程，在英國曾得到廣泛應用，一直沿用到被“波特蘭水泥”所取代。

英國人福斯特（J.　Foster）是一位致力於水泥的研究者。他將兩份重量白堊和一份重量黏土混合後加水濕磨成泥漿，送入料槽進行沉澱，置沉澱物於大氣中幹燥，然後放入石灰窯中煆燒，溫度以料子中碳酸氣完全揮發為準，燒成產品呈淺黃色，冷卻後細磨成水泥。福斯特稱該水泥為“英國水泥”（British　Cement），於1822年10月22日獲得英國第4679號專利。　“英國水泥”由於煆燒溫度較低，其質量明顯不及“羅馬水泥”，因此售價較低，銷售量不大。這種水泥雖然未能被大量推廣，但其製造方法已是近代水泥製造的雛型，是水泥知識積累中的又一次重大飛躍。福斯特在現代水泥的發明過程中也是有貢獻的。

1824年10月21日，英國利茲（Leeds）城的泥水匠阿斯譜丁（J.　Aspdin）獲得英國第5022號的“波特蘭水泥”專利證書，從而一舉成為流芳百世的水泥發明人。

他的專利證書上敘述的“波特蘭水泥”製造方法是：“把石灰石搗成細粉，配合一定量的黏土，摻水後以人工或機械攪和均勻成泥漿。置泥漿於盤上，加熱幹燥。將幹料打擊成塊，然後裝入石灰窯煆燒，燒至石灰石內碳酸氣完全逸出。煆燒後的燒塊在將其冷卻和打碎磨細，製成水泥。使用水泥時加入少量水分，拌和成適當稠度的砂漿，可應用於各種不同的工作場合。”　該水

泥水化硬化後的顏色類似英國波特蘭地區建築用石料的顏色，所以被稱為“波特蘭水泥”。　阿斯譜丁父子長期對“波特蘭水泥”生產方法保密，采取了各種保密措施：在工廠周圍建築高牆，未經他們父子許可，任何人不得進入工廠；工人不準到自己工作崗位以外的地段走動；為製造假象，經常用盤子盛著硫酸銅或其他粉料，在裝窯時將其撒在幹料上。

在英國，與阿斯譜丁同一時代的另一位水泥研究天才是強生（I.　C.　Johnson）。他是英國天鵝穀懷特公司經理，專門“羅馬水泥”和“英國水泥”。1845年，強生在實驗中一次偶然的機會發現，煆燒到含有一定數量玻璃體的水泥燒塊，經磨細後具有非常好的水硬性。另外還發現，在燒成物中含有石灰會使水泥硬化後開裂。根據這些意外的發現，強生確定了水泥製造的兩個基本條件：第一是燒窯的溫度必須高到足以使燒塊含一定量玻璃體並呈黑綠色；第二是原料比例必須正確而固定，燒成物內部不能含過量石灰，水泥硬化後不能開裂。這些條件確保了“波特蘭水泥”質量，解決了阿斯譜丁無法解決的質量不穩定問題。從此，現代水泥生產的基本參數已被發現。

18世紀的歐洲發生了人類曆史上第一次工業革命，推動了西方各國社會經濟的迅猛向前，建築膠凝材料的發展步伐也隨之加快。西方國家在“羅馬砂漿”的基礎上，1756年發現水硬性石灰；1796年發明“羅馬水泥”以及類似的天然水泥；1822年出現“英國水泥”；1824年英國政府發布第一個“波特蘭水泥”專利。當代建築“糧食”――“波特蘭水泥”（矽酸鹽水泥）就這樣在西方徐徐誕生，同時踏上了不斷改進的征途。

（本章完）