神奇的古羅馬混凝土

葉紫蘇

古羅馬超強混凝土的實現(xiàn)，讓現(xiàn)代工藝感到羞愧（與波特蘭混凝土相比）——羅馬人混入了石灰石和火山巖。

古羅馬文明是世界上偉大的文明之一，它的建筑素以宏偉大氣而聞名于世，是藝術寶庫中的一顆明珠。毫無疑問，古羅馬人有著非同一般的建筑天分。許多古羅馬時期的著名建筑，像萬神廟、阿皮亞古道、空中引水渠等，至今還是令現(xiàn)代人贊嘆不已的建筑。雖然這些建筑經(jīng)歷過戰(zhàn)亂，經(jīng)歷過地震那樣的自然災害的洗禮，已擁有幾千年的歷史，但它們卻依然屹立在世間，仍然在現(xiàn)代社會頑強地發(fā)揮著它們的作用。尤其是那些古羅馬時期修建的港口，像意大利港市那不勒斯的一段神奇的古羅馬防波堤，非常古老，建造時期可以追溯至公元前37年，盡管海水沖刷了它們200O多年，但依然在岸邊堅守著自己的崗位，抵擋著風浪。

那么，讓防波堤屹立千年而不倒的秘密是什么呢？

摻有火山灰的水泥

古羅馬防波堤的秘密在于它使用了獨家配方的混凝土。

防波堤是一種人造的建筑結構。從表面上來看，在建造目的和建筑材料上，古代和現(xiàn)代防波堤的建造之間沒有多大分別。人們修建防波堤，主要是為了削弱波浪對海岸的沖擊強度。一般來說，它們是垂直于海岸或者河岸的堤壩狀的建筑，而建筑材料多用水泥和石頭。可是，仔細觀察，你會發(fā)現(xiàn)，古代的和現(xiàn)代的用料上的差別，這種差別就隱藏在混凝土中。

我們現(xiàn)代人經(jīng)常使用的硅酸鹽水泥又稱波特蘭水泥，它的主要成分是氧化鈣和氧化硅，合起來就是硅酸鈣，是一種硅酸鹽。通常，什么混合料都不加的稱為I型硅酸鹽水泥，加入超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或者爐渣的稱為II型硅酸鹽水泥。

與現(xiàn)代制造工藝不同的是，在古羅馬時代，人們不是在水泥里加入石灰石或者爐渣，而是把火山灰與水泥混合在一起，制作成灰泥。

關于古羅馬水泥或者混凝土的描述，很多古書中都曾提過。生活在公元前1世紀的古羅馬作家老普利尼就在書中寫道：“最好的海上水泥是由那不勒斯省的火山灰，特別是波佐利的火山灰制造而成的?！蹦菚r的波佐利火山灰可是相當有名，以致于任何摻入了波佐利火山灰的材料，或者與該火山灰成分類似的材料，都會被標上“波佐利”的名號。

火山灰的妙處

為了修建水下建筑結構，古羅馬人會往已經(jīng)添加了火山灰的灰泥混合物中再加入火山灰被壓實后的產(chǎn)物——凝灰?guī)r，并把它們重新塞到木模板里。當遇到海水時，這些含有火山灰成分的混合物便會發(fā)生化學反應，生成獨特的火山混凝土。那么他們?yōu)槭裁匆@么做呢？

制造現(xiàn)代水泥的石灰石主要成分是碳酸鈣，而由巖石、礦物、火山玻璃碎片等組成的火山灰的主要成分則是氧化硅和氧化鋁。其中，玻璃體是因為火山灰噴出瞬間遭遇冷卻后形成的，最早的玻璃便是火山噴出的酸性巖凝結而成。

火山混凝土的形成要經(jīng)歷兩個反應。首先，混合材料中的水泥原料會遇水產(chǎn)生反應，生成堿性物質(zhì)——氫氧化鈣。然后，火山灰中大量的氧化硅和氧化鋁將與已生成的氫氧化鈣發(fā)生化學反應，生成水化硅酸鈣等，這些生成物屬于較強的膠性物質(zhì)，能將其他材料粘在一起。

反應中不斷產(chǎn)生的膠性物質(zhì)不僅能增強混凝土的強度，而且還能起到堵塞混凝土中的毛細組織作用，能顯著提高混凝土的抗腐蝕能力。并且，比起現(xiàn)代批量生產(chǎn)的鈣硅結構的水泥，古羅馬人生產(chǎn)的這種摻有火山灰的鈣鋁硅結構更完美，因此也更加牢固。用硅酸鹽水泥建造的防波堤能挺個50年就不錯了，但古羅馬水泥筑造的防波堤卻能屹立千年！