神奇的古羅馬混凝土

葉紫蘇

古羅馬超強混凝土的實現，讓現代工藝感到羞愧（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，至今還是令現代人贊嘆不已的建筑。雖然這些建筑經歷過戰亂，經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，仍然在現代社會頑強地發揮著它們的作用。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，你會發現，古代的和現代的用料上的差別，這種差別就隱藏在混凝土中。

我們現代人經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，加入超過水泥質量5%的石灰石或者爐渣的稱為II型硅酸鹽水泥。

與現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。”那時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物——凝灰巖，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生化學反應，生成獨特的火山混凝土。那么他們為什么要這么做呢？

制造現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歷兩個反應。首先，混合材料中的水泥原料會遇水產生反應，生成堿性物質——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，能將其他材料粘在一起。

反應中不斷產生的膠性物質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，比起現代批量生產的鈣硅結構的水泥，古羅馬人生產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！