古代没水泥,工人们用什么混凝土胶凝材料
胶凝材料的发现和使用,有着悠久的历史,从新石器时代前陶器时代开始大家都开始使用胶凝材料,最早的胶凝材料是天然粘土,粘土基本上没有水的稳定性。在巴比伦人们开始使用姜石(粘土层中的高纯度小硬度的 caco3石) ,姜石是第一种水稳性胶凝材料。
石灰发明后,产生了最早的人工胶凝材料,也是在新石器时代的陶器前时代发明的。可追溯到9000年前的石灰集料地板在以色列和莱万特被发现。这是目前发现的最早的石灰混凝土。
石灰的发明发展时期中国相当于新石器时代中的陶器时代。石灰成了我们后来的胶凝材料的基本结构组成部分材料。
从公元前2500年到公元前3000年,人们开始学习使用石灰和石膏砂浆。
早在公元前年,我们也学会了使用石灰-火山灰水力材料,用石灰和火山灰或凝灰岩制成的胶凝材料不仅有硬水,而且有足够的水稳定性和强度。例如,古罗马城庞贝的遗迹,斗兽场,和万神殿(图3-2)都是用石灰岩火山材料建造的,这个时期被称为水泥石灰灰时期。1756年,英国工程师约翰 · 斯米顿发现了一种方法,用水硬石灰(一种叫做外汇的火山胶凝材料)代替普通石灰,从而使化学成份更强大。早在硅酸盐水泥发明之前,胶凝材料就已经被广泛应用,并且具有良好的耐久性。
20世纪50年代,人们开始关注古代胶凝材料的优异耐久性。到了20世纪70年代,当人们检查用现代技术修复的古罗马建筑时,发现这些建筑的古代混凝土已经被污水浸泡,被海水腐蚀了几千年,但仍然完好无损。
例如,如图3-1所示的罗马圆形剧场。而与之形成具有鲜明对比的是用现代中国水泥修复的混凝土仅使用了十几年发展已经出现损坏问题严重。这引起了我国学者的关注学生并进行了企业大量的研究,研究分析结果数据表明:古代建筑混凝土中的C-S-H凝胶比波特兰水泥中的C-S-H凝胶溶解度小得多,古代传统混凝土的最大不同是其中SiO2和Al2O3含量高而且有40%的方沸石存在。方沸石是一种学习化学药物稳定性相对较高的水化产物,其溶解度小,与Ca(OH)2几乎没有完全不同反应。因此我们古代的胶凝材料的溶解度小,其内的成分不会同时因为工作时间的流失而流失,再加之不使用过程中钢筋,并且主要用于承受压荷载(厚墙、基础、拱券、弯隆等),这就是对于古代胶凝材料卓越耐久性的原因。近年来由于随着社会现代设计混凝土的耐久性相关研究方法以及提高混凝土高性能化的研究,这种控制混凝土技术日益增长成为经济研究的热点。