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出道即巅峰—————————伟大的万神庙穹顶
公元前200年。罗马人就能够熟练使用混凝土。公元前27年。他们开始建造万神庙。
从空中鸟瞰万神殿原素材GOOGLE EARTH制图:阿甘叔自己
从空中俯瞰万神殿,你也许会觉得建筑虽然还不错,不过也就这样吧。可当我们靠近他,进入他,你会不得不注意到一个巨大的穹顶覆盖在我们上空,光线从穹顶中间的圆孔弥漫进来。仿佛受到来自神的压迫,拥挤在硕大空间的一众游客亦显得安静。
(万神殿的穹顶)
这就是来自尺度的力量。公元前的罗马人就这样悬空用混凝土建造了直径43.3米的半圆穹窿顶。
(万神殿的穹顶)
阿甘叔忍不住用自己笨拙的笔触勾画了一遍神庙的剖面,遥想着二千年前的同行,他们就生生的用混凝土(注意啊,这个时候混凝土伴侣:钢筋可还没有出现)在极限状态下,硬是怼出这样一个几乎正圆的巨大空间。当实在没办法把混凝土堆到穹顶中间,他们又鸡贼的留了一个圆孔给神,让神在空中可以时不时关照一下地下的普罗大众。这种设计思路既不纠结又能自圆其说,特别可爱。
可是各位,这一建筑纪录被打破,我们还要等待将近1500年。因为,混凝土技术神秘失传了。
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1500年后的竞争————————————差点烂尾的百花大教堂
从空中鸟瞰百花大教堂原素材GOOGLE EARTH制图:阿甘叔自己
1500年以后的佛罗伦萨,人们雄心勃勃的要再造一个更大的大穹顶。这种心情是非常好理解的。15世纪的佛罗伦萨那是什么地方,文艺复兴的发源地和艺术硬核地带啊,200公里外的旧罗马一直杵着一个43米的大穹顶而且一杵就是一千多年,这个桂冠咱们得夺过来。
可是他们的虚荣心碰到了一个问题,当年的古罗马混凝土工艺失传了。做前期设计的老哥阿诺尔福.迪.坎比奥1296年基本上把大穹顶的概念方案已经出好了.可惜图纸好画不好造,在此后将近半个世纪的时间内,穹顶建设多次尝试均以倒塌收场,甚至有人断言这个穹顶永远也无法建造起来。
这座本是佛罗伦萨人骄傲的建筑不得不烂尾半个世纪。最后,是一个圈外的建筑师布鲁内莱斯基用他天才想法,才把这个大穹顶立起来。最后完成作品的最大直径还是比万神殿少了一米。
万神殿和百花教堂穹顶比较制图:阿甘叔自己
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失 传—————————
罗马的混凝土技术怎么就失传了。要想知道这个事情,我们就不得不耐下性子,非常粗略的了解一下混凝土是一种怎样的存在。
我们地球的“地壳”将近90%由硅酸盐组成,含有硅酸盐的岩石在1450℃的高温下会开始分裂重组,产生一群【硅酸钙家族】,这就是水泥的最主要成分。水泥+水成为水合硅酸钙原纤维,伟大的就是这些原纤维,他们互相键结,牢牢抓住岩石与石块,彼此结合成坚硬如岩石的物质:混凝土。
硅酸钙 + 水→水化硅酸钙 + 氢氧化钙
而古罗马为何一早就拥有了混凝土呢?
古罗马南部200公里,有个叫Pozzuoli的小镇,那里有一个大型火山群存有大量的火山灰。注意啊,这火山灰几乎是纯二氧化硅粉末啊!就这样借助地球洪荒的能量,古罗马轻松拥有了“罗马水泥”的重要原材料。
有了大自然送给罗马人的“水泥厂”,“罗马水泥”(火山灰+生石灰)轻松上线,粗糙描述一下“罗马水泥”加水后的化学反应,石灰跟水变成熟石灰,也就是氢氧化钙。然后火山灰在极其缓慢的反应中收获了“水化硅酸钙原纤维”。
氧化硅(火山灰)+ 氢氧化钙 + 水 →水化硅酸钙
随着战乱和古罗马帝国覆亡,崛起的东罗马帝国在拜占庭附近可找不到火山灰了。前面说过,用人工方式来生产“硅酸钙家族”的化学反应是需要长时间维持1450℃高温,这样巨大的能耗,是当时罗马社会无法支撑和实现的。换句话说,支持水泥生产的前置条件是需要一种文明达到足够高的创造能量和利用能量的水平。
这让我想到了中国的“瓷器”,中国在西晋前后发明了最早的瓷器,瓷器的烧制需要1100到1300的高温。所以瓷器的发明也一定是在一种文明进入到能够冶铁的文明程度才可能发生。拜占庭的东罗马帝国没有火山灰,这也许是古罗马帝国覆亡之后相当长一段时间,欧洲很少有大规模的公共建筑和城市建设的原因之一吧。然后的然后,混凝土消失与江湖,一句话概括主要原因:“没钱,烧不起。’ 所以等混凝土再现江湖,我们还要等待一千多年。
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重 回江 湖—————————混凝土成为主流建筑材料
1756年,英国工程师史密顿在修建灯塔时意外发现,把黏土和石灰石以适当的配比混合后煅烧,可以达到很高的强度。史密顿的做法很快传遍欧洲各国,大家纷纷效仿。而且我们知道十八世纪欧洲已经具备制造水泥的前置条件:不差钱,现在可以烧得起了。
英国工程师史密顿
19世纪初,一对极具商业头脑的英国人父子,约瑟夫.阿斯普丁(Joseph Aspdin)和他的儿子威廉.阿斯普丁,在利兹摸索出一套用石灰、黏土、矿渣等配比混合煅烧成“水泥”的方法。老爸迅速在1824年10月21日,拿到了英国国家签发的专利证书,这让他一举成为流芳百世的水泥发明人。
英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书
这种水泥硬结后的颜色和强度,与英国波特兰岛上天然石材差不多,人们称它为“波特兰水泥”。父子俩对“波特兰水泥”生产方法一直严格保密,据说为了阻止其他厂家的仿制,常常把硫酸铜或其他粉料撒在干料上迷惑对手。
我在维基没找到约瑟夫·阿斯普丁这位大神的照片,而好些关于混凝土历史着述里放的照片各种张冠李戴。后来我在[www.cementkilns.co.uk]网站倒是找到针对约瑟夫·阿斯谱丁肖像这样一段的阐述:
This rather frenchified portrait isoften seen associated with the name of Joseph Aspdin.Although the familybusinesses became sufficiently successful for both of his sons to have theirportraits taken, it's unlikely that a genuine picture of Joseph exists.(这幅极具法国风格的肖像经常与约瑟夫·阿斯普丁的名字联系在一起。虽然他的家族生意非常成功,以至于他的两个儿子都被拍了照,但不太可能真的有约瑟夫的照片。)所以我把这张文字里提及的很模糊的“法国风格肖像”一并贴出来,聊表瞻仰之情吧。
约瑟夫收获水泥专利证书的第二年,就是1825年,乔治四世聘请着名建筑师约翰·纳西对白金汉府邸进行扩展,并将其改名为白金汉宫。建筑大量应用了混凝土,混凝土再次登堂入室。
(白金汉宫)
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绝代双骄—————————钢筋和混凝土终于在一起
前面说过,罗马混凝土这套技艺随着帝国的衰亡了销声匿迹的千年,一个原因是离开了大自然赋予的天然材料,人类在很长时间无法有足够的能源来实现这项化学反应,而另一个原因或许是在于罗马人也发现了混凝土的一个致命缺陷。
有两种方法可以让材料断裂。我们把口香糖扯断,这叫做“塑性断裂”;还有一种像茶杯破裂,叫“脆性断裂”,这种类型的断裂只有一处脆弱就会破坏整体。很显然,混凝土这种材料的特性便是属于“脆性断裂”。
阿甘叔一直觉得很多改变历史的重要节点都是充满戏剧性的。
巴黎有个园艺家叫Joseph Monier。(我去,咋又叫JOSEPH)这位老哥非常喜欢制作花盆。
(这张照片在很多着述里面被粗暴的标记为约瑟夫·阿斯普丁的肖像,哎~~)
19世纪六十年代的花盆都是陶瓦做的,他就想着做一个钢圈,浇上混凝土。当然他很可能不知道这两件事情:
一、混凝土和钢材的键结极强。混凝土里的水合硅酸钙纤维不仅会吸附石头,还会吸附金属
二、伟大的巧合,钢和混凝土的膨胀系数几乎完全相同。
我猜测当时的工程师,建筑师都会直觉混凝土和钢的膨胀幅度是非常不同的,是不配的,组合到一起会在四季气候变化中轻易解体的。或许就是这种专业带来的傲慢让这个人类建造历史的小小奇迹拱手让给了一个园艺师。
但是无论如何,这对绝代双骄组合的出现意味着:混凝土脱胎换骨,一个崭新的钢筋混凝土时代从此到来,这也是改变全球建造工艺的转折点。(此处请自行配上激动人心的BGM)
(图中的这位花匠也从此过上了美好的生活。)
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王者归 来—————————
哈里发塔迄今为止地球上最高的摩天大楼设计:Som建筑设计事务所启用时间:
把混凝土运到空中去
通过现代技术的加持,今天的混凝土在高层,超高层建筑有着越发优异的表现。地球上最高的摩天大楼:迪拜的哈里发塔(828米)也是依赖33万立方的高强度混凝土作为他结构稳固的核心材料。
采用钢管泵运输,让混凝土到达高空楼层的姿态和速度变得赏心悦目。这要感谢混凝土减水剂技术,通过让水泥颗粒带上同种负电荷,相互排斥,让水泥颗粒就像一颗颗滚珠一样互相脱离,从而增强混凝土的流动性,让混凝土在高空中有更好的表现。
把混凝土弯曲起来
纤维增强混凝土再一次颠覆了传统混凝土的形象,在重力挤压下,居然有了一定的弯曲耐受度。
南洋理工大学工业基础设施创新中心的助理教授杨恩华(音)和他的团队找到了一种更坚固、更耐用的混凝土,大大缩短了道路和铺路工程所需的时间。这种抗压混凝土的名字叫做conflex pave
即便是如此高新感的技术其实已经是一则旧闻了,我们可以看到网路上最早介绍此种材料的文章是。
知识点| 为了阅读顺畅,可以不读或者等会再读
1874年,美国人在混凝土中加入废钢片,开始了钢纤维在混凝土中应用的起步。19,美国H.F.Porter提出了“钢纤维”混凝土的概念,发表了有关以短纤维增强混凝土的研究报告、且获得专利,并建议把短纤维均匀分散在混凝土中用以强化基体料。1911~1933年间,在美、英、法、德等国均有人先后申请了在混凝土中均匀掺加短铁丝,细木片等改善混凝土性能的专利,但未获在实际工程中加以应用。日本在二次世界大战期间,也曾进行过这方面的研究。直到1963年,J.P.Romualdi和J.B.Batson“关于纤维混凝土增强理论研究报告”的发表,纤维间距理论的提出,才使钢纤维的研究和应用取得了较快的发展。我国在20世纪70年代,开始了“钢纤维混凝土”理论和应用的研究;80年代起,钢纤维已在道路、桥梁、隧道等多项混凝土工程中获得了广泛的应用。
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颜 值 革 命—————————有趣和颜值才是王道
新的时代,有趣开始变得越来越重要。混凝土和一些有趣的人一起,一次次的开启我们的脑洞,改变我们对混凝土的刻板印象。
Samuli Naamanka
这位肥版低配的“莱奥纳多”叫纳曼卡(Samuli Naamanka),60后的老哥钟情于椅子和家具的设计。有趣的人总是会做很多有趣的事情,有一天纳曼卡突发奇想,要在混凝土上画画。于是就有了一家:“图像混凝土有限公司”,他就是这家公司的创始人。
Samuli Naamanka利用混凝土表面缓凝剂的作用,使图案部分迟于周边凝结,脱模后用水冲掉未凝结的水泥,露出装饰骨材,从而产生对比效果。
好了,看看这哥们在混凝土上的各种骚操作吧。这是法国的一家警局,冷酷的混凝土外墙被治理的非常骚柔。
同一材质,不同肌理形成的细节,让平常不过的素色墙面拥有了神迹般的力量。
在混凝土上描绘了树林,美的让人窒息。
终于轮到70后登场了。
阿隆 · 罗索尼奇
2001年,匈牙利建筑师阿隆.罗索尼奇注册了由光纤和细混凝土结合的透光混凝土技术。Litracon Classic®
时代杂志把这种技术列为最重要的发明之一
罗索尼奇透明混凝土的技术一直在进步,这是新进化的产品
Litracon pXL®
而技术总是在更替。
,一种更为新奇的“透明混凝土”在上海世博会华丽登场,应用于意大利馆外墙。意大利水泥集团号称独创了一种结合允许光线透过的塑性树脂基的新型干拌混凝土产品,第一次让“透明混凝土”更廉价,更易于规模化生产。
到了晚上的时候,新型混凝土呈现了妖娆朦胧状态,现场效果好极了。
他们把这个材料命名为i.light,现在叫做i.light SHANGHAI.这个一度网红的产品我是在翻到集团产品系列的第三级子目录才找到,也许是又有更有趣的产品替代了吧。
结语
钢筋混凝土是人类历史上最伟大的材料,是世界上消耗量仅次于水的第二大物质。小到居民楼,大到跨海大桥、摩天大楼、公路高铁,如今人类文明的每一个角落都已经和混凝土密不可分了。进入新时代的混凝土,他们快速进化,他们方生方死,他们时刻迭代,他们变化的让人应接不暇,可能这也将是这个世界以后的常态。
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阿甘说
特殊的日子里,发现学龄小朋友是生活最有规律的一个群体,他们课前有预习,课后有复习,网课基本还是认真听讲。他们的时间单位是45分钟,当他们说'一节课过去了',我们很多成年人糊里糊涂'一天过去了'。所以我们才会有'为啥越长大时间过的越快'的哀叹,很大的原因就是缺乏自律的低效率,让时间如光速逃逸。也就不知不觉发现孩子比自己懂得越来越多。今天写的这个话题偏门而晦涩,而你如果居然又看完了,那可真是个充满好奇心的人哦。所以!所以趁着现在神兽还在居家,快去讲给你家小朋友听,树立一下粑粑麻麻还是比小屁孩懂得多的形象吧。--------------------------------
资料引用
《有趣的媒介》 作者:梶研吾