第150章 建築利器，水泥

【截至2022年底，中國公路總里程約528萬公里，交通道路中有90%的道路是瀝青路面，水泥道路佔比約10%。

截至2021年底，我國現有橋樑96萬餘座，其中鋼筋混凝土橋樑數量佔比超過90%。

截止2020年4月，全球大壩數量共計座，其中中國有座，佔比超過40%，數量穩居全球第一。

這些大壩中絕大多數是水泥大壩或者以水泥為主要建築材料之一的大壩。

2022年，全國50多萬個行政村有超2億戶農村自建房。

公元2000年至2020，全國商品住宅總成交面積約164億平方米，如果按戶均90平米計算，我國這二十年內建造的商品房總量約在1.82億套左右。

此外還有眾多已建造未成交的庫存商品房，以及政府建設的大量福利房、員工住宿樓等未統計在內。

而這還只是二十年內建造的，2000年以前建造的住宅數量也尤為龐大。

這些住宅絕大多數是鋼筋水泥或磚混結構。

此外學校、醫院、體育館、工廠、軍事基地、防空洞、隧道、灌溉水渠、河堤等等建築設施都離不開水泥。

還有電線杆、行道磚、水泥管等等物件也都是用水泥製作的。

因此水泥被譽為材料學最偉大的發明之一。

有了水泥，無論是公共、軍用還是民用建築設施都有了翻天覆地的變化。

堅固的水泥使得住宅樓能夠建造的非常高，極大利用了土地面積。

道路變得平整耐用，交通發達進而帶動着國家經濟高速發展。

一個成分簡單，煉製簡單的水泥，為國家整體發展帶來了巨大的有利影響。

煉製水泥也是一個國家想要高速發展有必要知曉的技術之一。

水泥的特點是與水跟沙子混合后，可塑造成各種形狀，只需在常溫下靜置一段時間后便可凝固硬化，且在硬化過程中不會有明顯膨脹或收縮，保證了結構的穩定性。

凝固后的水泥強度非常高，再加上鋼筋作為骨架建造成牆體，就連子彈也難以輕易擊穿。

如果再添加諸如鋼纖維（將鋼水高速旋轉，可以藉助離心力甩出鋼纖維）之類的纖維增強水泥的結構性，甚至連一定威力的炮彈都能硬扛。

水泥的應用範圍也非常廣，可作為磚石的粘合劑，也可直接澆築成為建築主體。

水泥的耐久性也非常強，一般民用水泥建築設計壽命為50-100年。

而煉製水泥的原料非常容易獲取，也很簡單。

水泥的主體原料是石灰石，占原料總比例的百分之70至80。

石灰石礦分佈非常廣泛，中國還是石灰石礦最豐富的國家，儲量佔世界石灰石總儲量的60%以上。

此前提到的貝殼，主體成分就是石灰石。

二、粘土。

粘土提供水泥熟料形成所需的矽、鋁元素，具有一定的可塑性，有助於生料的成型和製備。佔比10%-20%左右。

煉製水泥所需的粘土範圍很寬泛。

除了高嶺土外，還可以使用蒙脫石粘土等，對雜質含量的要求沒有陶瓷用粘土那麼嚴格，只要能滿足水泥生產中對矽、鋁成分的需求，以及不含有過多對水泥質量產生嚴重不良影響的雜質即可。

三、鐵礦粉。

主要用於補充氧化鐵成分，對水泥的性能和顏色等有一定影響。一般佔比在2%-5%。

四、石膏。

可從石膏礦中獲取。

另外在利用硫酸與磷礦粉生產磷肥的過程中，會產生大量含磷石膏，磷石膏經過洗滌、凈化等處理后便可得到石膏。

將石膏用鐵鍋炒至黃灰色，待到水泥經過燒制后再加入，佔比約3%-5%。

石膏的作用是調節水泥的凝結時間，防止水泥瞬間凝固。

準備好各種原料后，將以上除石膏外的三種原料研磨成粉末過篩，再均勻混合。

將這些混合后的生料在水泥窯中經過高溫煅燒（一般在1450℃左右，燒制過程中要不斷翻動生料粉末，使其充分反應）。

古代燒制陶瓷的烤窯溫度通常在一千度左右，但改用焦煤作為燃料，並用耐火磚構成烤窯內部，外部再進行多層保溫，便可達到燒制水泥所需的高溫。

水泥燒制完成，最後按比例均勻加入石膏粉末，便得到了性能可靠的水泥。

成品水泥與不同的添加材料相配合，可以實現多種用途。

比如將水泥、沙子、石子、水的質量按照1比1.18比2.63比0.41進行配比和充分攪拌，便可以得到用於澆築的混凝土。

提前內置鋼筋，再按照模型進行澆築，便可澆築出房屋橫樑、樓板、樑柱、樓梯、橋樑、橋柱等等建築構體。

水泥、沙子、水，按照1比4.38比0.93的配比，便可以得到用於磚石砌築粘合所需的水泥砂漿。

要注意的是，水泥在凝固時會蒸發水分造成內部細微收縮，如果濕度不夠，水泥收縮過多可能會造成強度和整體性受到影響。

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所以從水泥澆筑後一天開始算起，要每天潑水養護三到四次，持續七天，七天後養護可適當降低為一天一次，一直到第二十八天結束。

另外水泥澆築過程中，因為密度大，其中的氣泡可能無法自行溢出，導致水泥強度受限。

便需要通過震動或藉助棍子反覆插拔水泥，使氣泡漸漸浮出，提高水泥整體結構性。

而如果用水泥建設道路，則可以選用水泥、沙子、石子、水，配比為1比1.18比2.63比0.41。

石子通常採用粒徑為5-31.5mm的碎石，道路厚度為18至22厘米。

適用於一般的鄉村道路和城區道路等輕交通量的路面。

如果是礦區、碼頭、港口等高強度重交通路面，則可以使用水泥1比沙子0.65比石子1.83比水0.34。

道路厚度為35至40厘米。

要注意的是，水泥路在不同季節和晝夜溫差下會發生一定程度的熱脹冷縮現象。

例如在炎熱的夏季，路面溫度升高會膨脹，導致道路崩裂；而在寒冷的冬季，路面溫度降低會收縮，導致水泥相互拉扯形成裂縫。

這便需要將大面積的路面，進行縱向分割成多段板塊。

比如每隔3至4.5米在路面上切割出一道人為縫隙；古代缺少高效的切割能力，也可選擇在水泥凝固前插入隔板進行分割，待水泥半凝固時，再將隔板抽出。

無論是熱脹還是冷縮，這些人造縫隙可為水泥提供形變空間，延長道路的使用年限。

同時為了防止雨水沿着這道縫隙流入路基，在長年累月下侵蝕路基造成道路下沉變形，還需要在這些裂縫中加入防水材料，比如瀝青、橡膠（或許會提到這兩種材料如何獲取與利用）。

如果對建築還有特殊強度要求，比如碉堡、城牆、大壩、橋樑等需要高強度結構性與超長使用年限，則可以在水泥澆築時添加百分之一的鋼纖維，可有效提高水泥強度和使用時間，就是拆除起來非常費時費力。】