书城科普读物世界大发现纪实系列丛书-自然世界的奇迹(中)
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第29章 钢筋和钢管混凝土的发现

水泥做成的石头,抗压能力强,但是它的抗拉能力却只有抗压能力的1/10。正是这种情况,使水泥的应用受到了限制。

1867年,法国有一位名叫蒙约的花匠,为了使花盆不至于被植物根系胀裂,在花盆外绕上铁丝,效果很好。后来他用铁丝扎成花盆骨架,再浇注进水泥,结果效果更好,并取得了制造专利。以后这种技术引伸到板、拱、管等建筑结构的制造方面,使混凝土得到了广泛应用。

1891年,俄国的别列柳布斯教授把钢铁做成钢筋,浇制在混凝土里,进行试验,这就是最早的钢筋混凝土。1904年,由他建议建造的世界上第一座钢筋混凝土的灯塔在俄国建成了。从此,水泥的用途就更广了,钢筋混凝土在建筑史上开创了一个新纪元。

钢筋混凝土有着许多优越性能,钢的抗拉力和水泥抗压力结合成了一个整体,在外力作用的时候,水泥和钢筋一起变形,不会发生分离。钢铁在空气中容易生锈,但是钢筋混凝土中,水泥在钢铁外面包了一层密实的外衣,使钢铁跟空气隔绝了,不生锈。钢铁受到600℃以上的高温,就会烧得通红,软化下来。可是钢筋混凝土是很好的防火材料,遇到1000℃以上高温,也不会发生危险。

有了钢筋混凝土,那些原来使用钢铁的地方,有很多可以用它来代替,这样就节约了大量的钢铁。现在那些高耸云霄的大厦,大跨度的桥梁,深邃的矿井,抗风搏浪的海堤等等,都离不开钢筋混凝土。

除了钢筋混凝土外,还有竹筋混凝土、钢管混凝土。

1915年,我国广州首先建造了竹筋混凝土房屋。以后陆续修建了一批这样的建筑物。解放后,广州市建筑工程局经过科学的计算,对竹筋做了防水和防腐处理,又修建了一座试验所和疗养所。试验证明,民用建筑的楼板、门窗框、窖井盖等,都可使用竹筋混凝土。

20世纪60年代,出现了一种新型结构材料——钢管混凝土。它有好几种,一种是在钢管内填充混凝土,另一种是在钢管外浇灌混凝土,还有一种是在钢管内外都加混凝土。

钢管混凝土强度高,承载能力大。同样一个混凝土结构,如果使用钢管混凝土,它的重量只有钢筋混凝土的重量的1/3或一半。它的用钢量要比钢筋混凝土的用钢量降低40%以上。

混凝土是一种脆性材料,可是当混凝土充填到钢管内,由于受到钢管的箍紧作用,处于三向应力状态,情况就完全两样了。在受荷过程中,它和钢管一起发生明显的塑性变形。

20世纪60年代以来,我国科技工作者对钢管混凝土进行了一系列的基本性能试验研究,提出了设计计算公式,并且在各种不同的工程中推广使用。地铁车站柱、单层厂房柱、高炉平台和锅炉构架等等,都使用了钢管混凝土。这些工程为国家节省了大量的钢材。例如,我国第一台60万千瓦发电机组的锅炉构架,如果采用钢柱,用钢量需1450吨,而采用了钢管混凝土后,用钢量只需621吨。

普通钢筋混凝土结构,受到超过强度的冲击荷载时,结构就会崩裂倒塌。而钢管混凝土即使是在超过强度的冲击荷载作用下,由于结构具有很大的韧性,构件也不会崩裂,只产生较大的塑性变形。因此钢管混凝土的抗震性要比钢筋混凝土优越得多,适合于建造地震区的建筑物。而且这种结构比普通钢筋混凝土施工快,不要模板,节约木材。