從水泥產業看看近現代科學的發展脈絡

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前面在講王安石變法之時,講到西方設立第一所大學,擁有獨立之地位,深入研究法律與科學。這是現代精神的開始。

我們在前一篇文章裡講到:“西方的思想從近代開始是在三個緯度上展開的。”此處來看看科學精神。

先來看看近現代科學的發展脈絡(近代自然科學發展的四個階段):

1、近代自然科學的產生階段(15~16世紀)

原因:資本主義工商業的產生和發展為近代自然科學的產生奠定了物質基礎;人文主義思潮的影響使人們對自然界的認識產生了革命性的變化;中世紀生產經驗的積累為技術能力的提高提供了條件。標誌:天文學領域的革命。

2、近代自然科學形成和發展階段(17~18世紀中期)

原因:新航路的開闢促進了西歐資本主義工商業的發展;手工工場的發展促進了技術的進步;早期資產階級革命的成功。

標誌:牛頓力學體系的創立。

3、自然科學的迅速發展階段(18世紀末~19世紀中期)

原因:隨著該時期西方主要國家工業革命的進行,經濟的發展對科學提出了更高的要求。

標誌:電磁學的新成就、道爾頓的科學原子論、細胞學說和達爾文的生物進化論等。

4、自然科學的重大突破和系統化階段(19世紀末20世紀初)

原因:第二次工業革命的進行和資本主義經濟的迅速發展。

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如果這些你看著覺得模糊、陌生、遙遠也無妨。

那麼哥哥告訴你,如果沒有西方四百年對於人類在科技上的貢獻,你就還活在純粹中華文化這種濃縮極漫長歲月、極度穩定的、高度概括的、極度模糊而經驗主義的這種古典智慧裡:人類飛翔還只是一種夢想;嫦娥奔月還只是一個神話;千里眼、順風耳還只是一段評書……

咱們現在嚷嚷城鎮化,總得建房子和各種設施吧,最基礎的應用就是水泥。詩人動輒嚷嚷活在都市沒意思,“鋼筋和水泥的森林”嘛,——哥哥要說,咱也多整點這種發明創新,再來作詩意的感嘆吧。

從水泥產業看看近現代科學的發展脈絡


水泥簡單來說就是粘合劑。1700年前,羅馬人在建造磚房時,就對如何使磚和磚相粘合進行熱心的研究。

羅馬人首先使用石灰做磚的粘合劑。普通的石灰叫做生石灰,加水則變成粘粘的熟石灰,摻進砂子則是灰漿。灰漿在空氣中吸進二氧化碳,變成碳酸鈣而逐漸凝固。所以,可以利用灰漿做為磚的粘合劑。

後來,羅馬人又進一步用石灰、石膏和火山灰混合焙燒而發明了更優質的粘合劑。這與今天所使用的水泥在性質上及其相似,羅馬人還把這種粘合劑當作鋼筋水泥那樣使用。在羅馬的建築中,多是採用石、磚分兩層砌牆,中間加進這種“水泥”,使其凝固的建築方法。

由於羅馬人發明了這種優秀的“水泥”,所以後來在歐洲一直使用這種羅馬式“水泥”。

到了18世紀,由於發明了蒸汽機和紡織機而發生了工業革命。為了運輸大量的產品,十分需要優質水泥,羅馬式“水泥”就不敷使用了。

1756年,英國普利茅斯港口的一個燈塔失火,政府命令技師史密頓重建新燈塔。史密頓首先集中石灰岩焙燒水泥。可是送來的卻是又帶黑色,又質劣的石灰岩。那時,認為只有白質的石灰才能製出優等水泥,史密頓只好改變主意,用這種黑色石灰岩來燒製水泥。可是一看生產出來的水泥,遠比用純白的石灰岩燒製出來的水泥好得多。史密頓吃驚地對其原因進行了分析,原來,這種黑色石灰岩裡含有粘土。“大概就是因為有粘土才使水泥變得更好吧!”於是他在含粘土少的石灰岩中加進粘土進行焙燒實驗,終於弄清含粘土量6~20%的石灰岩是焙燒水泥的最佳原料。這樣,史密頓用這種黑色石灰岩燒製成的水泥建成了壯觀的燈塔。

史密頓成功的消息不久就傳遍歐洲各國。法國的土木技師們也象英國一樣急需堅固的水泥,他們馬上按史密頓的研究進行試驗。但弄不到含粘土的黑色石灰央,也只好採用石灰岩里加粘土的辦法。法國的土木技師畢加也熱心地進行了研究。1813年,他終於發現了石灰和粘土按三比一混合製成的水泥性能最好。

1824年,英國的約瑟夫·阿斯普丁在畢加研究的基礎上,把三成石灰岩與一成粘土的混合物在爐裡燒製成粉末,製成了水泥。他把這種水泥命名為“硅酸鹽水泥”。阿斯普丁的兒子威廉·阿斯普丁繼承父志,繼續研究水泥的製造法。一般都認為硅酸鹽水泥是阿普斯丁父子發明的。實際上他們是利用畢加的研究成果製成的。

這時,在法國又發明了一種新的水泥。1907年,比埃利用鋁礦石的鐵礬土代替粘土,混合石灰岩燒製成了水泥。由於這種水泥含有大量的氧化鋁,所以叫做“礬土水泥”。硅酸鹽水泥怕海水,不宜用於建造燈塔、港口和碼頭,而這種礬土水泥卻有怕海水的特長。

這樣,以英法兩國的研究競賽為中心,在歐洲大量生產出優質的水泥,不久傳入美國和日本。日本最早建造水泥廠是1871年,比法國的比埃發明礬土水泥還早30年。

那時在英國,燒製水泥的焙燒爐還不夠完善。在日本建成水泥廠6年後,1877年,英國的克蘭普頓發明了迴轉爐,並於1885年經蘭薩姆改革成更好的迴轉爐。

日本大量使用水泥是從1887年開始的,1893年,遠藤秀行和內海三貞二人發明了不怕海水的硅酸鹽水泥,並取得專利權,這比法國的比埃爾發明的不怕海水的礬土水泥還要早。後來,隨著道路、橋樑和近代建築的發展對水泥的需求越來越大,日本的水泥工業也以超越歐美的速度蓬勃發展起來。

由於日本早在法國的比埃發明礬土水泥之前已經生產了水泥,所以直到今日,在日本仍然以製造硅酸鹽水泥為主。近年來,已用生產陶瓷器的白色粘土來代替黑色粘土做原料生產白色水泥。

20世紀,人們在不斷改進波特蘭水泥性能的同時,研製成功了一批適用於特殊建築工程的水泥,如高鋁水泥,特種水泥等。全世界的水泥品種已發展到100多種,2007年水泥年產量約20億噸。

2015年,中國水泥產量達到23.5億噸,產量佔全球50%以上。

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