人類創(chuàng)造的世界光彩奪目，絢麗耀眼，令人贊嘆稱奇。它為什么是現(xiàn)在的這個樣子？迎著陽光，在現(xiàn)代文明精致的面龐和魁梧的身軀后面，有一條長長的影子，從那里，可以看到歲月、歷史和長路。

看看現(xiàn)在城市里的建筑物，雖然它們表面上都被瓷磚、大理石、有機(jī)涂料或者玻璃幕墻包裹著，但你知道，在這光鮮的外表下是丑陋粗糙的灰色混凝土，在混凝土的內(nèi)部，是鋼筋組成的框架結(jié)構(gòu)。我得說，人們不喜歡把它裸露在外的鋼筋混凝土，卻是建筑物雄偉形象的唯一保障。

鋼筋混凝土是由水泥、石料（二者合稱為混凝土）和鋼筋組成。對于一個高層的建筑物，混凝土提供了堅固和抗壓性能，鋼筋提供了彈性和延展性能。

如果因為混凝土在現(xiàn)代世界很普遍而且很丑陋而認(rèn)為它是古已有之的原始建筑材料，那就錯了。

我們的遠(yuǎn)古祖先為了躲避風(fēng)雨和野獸而住進(jìn)山洞，這是最易得的天然建筑；

隨著家族和部落的擴(kuò)大，人類用石塊、樹木、竹子、泥巴、糯米漿、動物油、蘆葦桿、干草、樹葉做成房屋；

中國的春秋戰(zhàn)國和秦朝時期出現(xiàn)了人工石材——磚（過去的磚和現(xiàn)在的磚在生產(chǎn)工藝上沒有本質(zhì)區(qū)別，都是用泥土燒制），可能是用某些黏性土壤將磚粘結(jié)在一起組成墻體；

據(jù)說歐洲的古羅馬時期出現(xiàn)了用石灰、火山灰和碎沙子混合而成的粘結(jié)材料，用以粘結(jié)堆砌的石塊（歐洲大部分時間都以石塊為建筑主材）；

中國漢朝時出現(xiàn)了另一種用來蓋屋頂?shù)娜斯な摹?，所以有“秦磚漢瓦”之說。在中國歷史的大部分時間里，主要有三種建筑形式：

1、一種是用泥巴和稻(麥)草混合做成方形曬干后堆砌墻體，以木材做梁(屋頂?shù)墓羌?，以稻(麥)草或其它干草覆蓋于梁上做屋頂，這是普通貧窮人家房子的建筑方式(我小時候的鄰居家就是這樣的房子)；

2、對于官府和富有之家，則是用磚為墻體，以木材為梁，以瓦為頂；

3、還有一種就是木屋或竹屋，以干草蓋頂。

而歐洲不同的是，主要以石塊為主材。

用泥巴添加其它一些自然粘劑作為墻體粘結(jié)材料的使用是東西方共有的發(fā)現(xiàn)，而運(yùn)用石灰，很可能是西方的發(fā)明。我們要首先提到它，因為它將是人類后來發(fā)明的混凝土的一個組成部分。

石灰石是一種天然礦石，而石灰是用某種溫度煅燒石灰石而得。

以碳酸鈣(CaCO₃)為主要成分的石頭都叫石灰石，如石灰?guī)r、白堊、白云質(zhì)石灰?guī)r等。煅燒此種巖石，將二氧化碳排出，即得到能很容易磨成粉末的石灰塊，也稱生石灰，主要成分是氧化鈣（CaO。石灰石中也會有些MgCO₃，因此生石灰中也會含有MgO）。如果在煅燒工藝上的控制出現(xiàn)問題，碳酸鈣未完全分解，就會影響石灰的粘結(jié)力。

如何制得石灰

石灰石——>煅燒——>生石灰——>研磨——>建筑用石灰

為什么石灰具有粘結(jié)力呢？因為在石灰摻水以后，氧化鈣與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化鈣（Ca(OH)₂，此時稱作熟石灰），氫氧化鈣再與空氣中的二氧化碳結(jié)合，生成碳酸鈣和水，水會蒸發(fā)掉，而碳酸鈣是堅硬的物質(zhì)，就像石頭一樣。這就像是一個人工制作石頭的過程。

以下是石灰在建筑中使用時發(fā)生的兩個化學(xué)反應(yīng)：

CaO+H₂O=Ca(OH)₂ Ca(OH)₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O

建筑中使用石灰

石灰——>加水——>熟石灰——>水蒸發(fā)、熟石灰與CO₂反應(yīng)——>凝結(jié)堅固

把石灰石煅燒得到石灰，再把石灰與水混合形成易塑的石灰漿，抹在需要粘結(jié)的石塊或磚頭之間后待其干燥——整個過程，就相當(dāng)于把石頭變成一種不是石頭的物質(zhì)，再把這種不是石頭的物質(zhì)變成石頭。

看起來很麻煩是嗎？但這是必須的過程，如果只是把石頭磨成粉，然后希望用水把石頭粉粘結(jié)在一起，那是不可能的，我們必須依靠化學(xué)變化中重建的化學(xué)鍵來達(dá)到目的。據(jù)說古羅馬人就掌握了石灰石變成石灰的煅燒方法，并把石灰應(yīng)用到建筑上。但中世紀(jì)時這些方法不知為何而失傳。直到1779年，英國人約翰·斯米頓重新發(fā)現(xiàn)了這種方法。

1796年，某個英國人申請了一項專利，內(nèi)容是煅燒某種含有黏土的石灰石后的產(chǎn)物，可以作為建筑粘結(jié)材料。這就是最早的天然水泥，其中附著在石灰石上的黏土，是某種含有大量二氧化硅(SiO₂)的土。

這個英國人的偶然發(fā)現(xiàn)開啟了現(xiàn)代水泥的研制。1812年左右，一個法國人發(fā)現(xiàn)了煅燒石灰石和黏土的混合物得到的產(chǎn)物與前面這個英國人的發(fā)明的效果是一樣的，因此這個法國人發(fā)明的是人工水泥的制作方法。

加入黏土的石灰石煅燒后的產(chǎn)物的粘結(jié)效果要大大強(qiáng)于純石灰的粘結(jié)效果。為什么呢？因為富含二氧化硅的黏土和石灰石煅燒后，會形成多種物質(zhì)的集合體，包括3CaO·SiO₂、2CaO·SiO₂、3CaO·Al₂O₃等，它們摻水后形成的混合物的粘結(jié)力更強(qiáng)。這就是現(xiàn)代硅酸鹽水泥所依賴的原理。

我小時候在農(nóng)村里見過村民自砌房屋，用來固定磚頭的粘結(jié)劑是這樣得來：用石灰、某種特殊的黏土（實際上是二氧化硅含量較大的泥土）、砂石摻水?dāng)嚢?。然而這種土法粘結(jié)劑的性能并不是很強(qiáng)大，因為黏土沒有經(jīng)過與石灰石一起煅燒，沒有形成上述的混合物。

19世紀(jì)，水泥的制作工藝已經(jīng)在快速發(fā)展。1867年，一個法國園丁約瑟夫·莫妮爾用鐵絲做成一個花盆骨架，用水泥包裹在外面，制作了可能是世界上第一個鋼筋混凝土的物品。

人們希望把這種方法應(yīng)用到更大型的建筑物上，但一開始對鐵絲和水泥的縮脹系數(shù)（熱脹冷縮）有所擔(dān)心。比如，在受熱的情況下，如果鐵絲的膨脹程度大于水泥，就會把水泥外殼撐破。然而事實是，鐵和水泥的縮脹率是如此的相近，是天生的一對，而且鋼筋和混凝土之間有著優(yōu)良的粘結(jié)力。

1872年，世界第一座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在美國紐約落成。1900年后，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程界開始大規(guī)模應(yīng)用。

在中國，混凝土也被稱作“砼”(tóng)。這個字是結(jié)構(gòu)學(xué)教授蔡方蔭在1950年代給大學(xué)生授課時為減輕在黑板上書寫“混凝土”的體力而簡化成“人工石”后形成的，是近代構(gòu)造的漢字。所以我們可以看到混凝土攪拌車上可能寫著“XX商砼”的字樣。

混凝土是水泥（通常硅酸鹽水泥）與骨料的混合物。當(dāng)加入一定量水分的時候，水泥水化形成微觀不透明晶格結(jié)構(gòu)從而包裹和結(jié)合骨料成為整體結(jié)構(gòu)?；炷恋目箟簭?qiáng)度很大，但抗拉強(qiáng)度較低，所以工程中以抗拉強(qiáng)度高的鋼筋作為骨架是非常合適的選擇。這就組成了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

最后簡單介紹一下水泥。產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的原料主要是：石灰質(zhì)原料(提供CaO)、黏土質(zhì)原料(主要提供SiO₂、Al₂O₃、以及少量Fe₂O₃)和校正原料(補(bǔ)充某些不足的成分)。