古代人是如何使用混凝土的?

古代的石灰砂浆

现在已经不能确定,古代的石灰砂浆的应用是有意的,还是偶然发现。在土耳其东部发现的石灰砂浆可以追溯到公元前12000年左右,是已知最古老的石灰砂浆建筑材料。大约6000年后,在巴勒斯坦(Palestine),石灰被用作粘土砖建筑砂浆中的粘合剂。在喀尔巴阡山脉(Carpathian)附近发掘的约公元前5500年的建筑遗迹中,有一层楼板,由燃烧的石灰、沙子和壤土组成,类似混凝土。在古埃及、特洛伊和佩加穆姆,石灰砂浆已被证明用于重要的宗教建筑。这种建造方法在公元前1200年左右写成的《旧约全书》中多次提到。

腓尼基人发现圣托里尼岛(Santorini)上的火山岩混合着石灰、沙子和水,产生了防水砂浆。他们用这些材料建造灌溉系统,并把这些知识传播到整个地中海。约公元前1000年,大卫王宣布耶路撒冷的蓄水池为他的居所,而用石灰和壤土制成的防水灰泥至今仍完好无损。

希腊人也知道烧制石灰;他们从公元前7世纪就开始使用这种材料,与碎大理石混合制成石灰灰泥。以圣托里尼岛为例,其蓄水池的石灰含量约为43%。然而,砖石是用干燥的阿什拉石墙建造的。相反,已经证明石灰砂浆用于古巴比伦最后建筑(约公元前600年)和所谓的雅典“长墙”(约公元前450年)。这也适用于公元前300年左右建造的中国长城。在这种情况下,还确定地基土用石灰加固以提高其承载力。

罗马混凝土 Opus Caementitium

公元3世纪,在下意大利出现了一种新的墙体建造方法:石灰灰浆和碎石倒进石块堆砌的空腔里,用捣实法压实。锚石连接两个两侧的石块,确保必要的稳定性,直到夯实材料硬化为止。马库斯·波西厄斯·卡托在其公元前184年出版的著作《德雷拉斯蒂卡》中描述了石灰砂浆,他建议将一份熟石灰和两份沙子混合。

正是在这一点上,罗马人接受了希腊现浇砖石的想法。在其他材料中,他们使用凝灰岩、大理石碎石和粘土作为骨料。维特鲁威在他公元前13年出版的著作《建筑十书》中,首次描述了由水泥浆和碎石组成混凝土的生产过程。罗马混凝土无疑可与今天的混凝土相媲美。

罗马混凝土在一定条件下是防水的,含有足够数量的粗骨料,大小可达70毫米左右,细骨料中还含有砾石和砂砾。石灰砂浆与骨料在放置前先混合在一起,再用捣固的方法进行机械压实。砖石结构的外部叶子主要由石头和粘土制成,通常装饰得很华丽。巨大的地基,如罗马斗兽场(完成于公元80年)都是用这种材料建造的。波佐利(Pozzuoli)防波堤的地基是用大型预制混凝土块建造的,这些预制混凝土块随后沉入水中。

公元前27年,阿格里帕(Agrippa)开始建造古罗马最壮观的建筑,万神殿。圆柱墙直径43.4米,顶部是由混凝土制成的自支撑整体穹顶结构。横截面与受力图相匹配,因此圆顶的推力可以由墙来承担,而不需要扶壁。调查表明,墙体和格型穹顶结构采用不同密度的混凝土,使其重量往直径9米的天窗顶部不断减轻。

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