神奇的古罗马混凝土

叶紫苏

古罗马超强混凝土的实现，让现代工艺感到羞愧（与波特兰混凝土相比）——罗马人混入了石灰石和火山岩。

古罗马文明是世界上伟大的文明之一，它的建筑素以宏伟大气而闻名于世，是艺术宝库中的一颗明珠。毫无疑问，古罗马人有着非同一般的建筑天分。许多古罗马时期的著名建筑，像万神庙、阿皮亚古道、空中引水渠等，至今还是令现代人赞叹不已的建筑。虽然这些建筑经历过战乱，经历过地震那样的自然灾害的洗礼，已拥有几千年的历史，但它们却依然屹立在世间，仍然在现代社会顽强地发挥着它们的作用。尤其是那些古罗马时期修建的港口，像意大利港市那不勒斯的一段神奇的古罗马防波堤，非常古老，建造时期可以追溯至公元前37年，尽管海水冲刷了它们200O多年，但依然在岸边坚守着自己的岗位，抵挡着风浪。

那么，让防波堤屹立千年而不倒的秘密是什么呢？

掺有火山灰的水泥

古罗马防波堤的秘密在于它使用了独家配方的混凝土。

防波堤是一种人造的建筑结构。从表面上来看，在建造目的和建筑材料上，古代和现代防波堤的建造之间没有多大分别。人们修建防波堤，主要是为了削弱波浪对海岸的冲击强度。一般来说，它们是垂直于海岸或者河岸的堤坝状的建筑，而建筑材料多用水泥和石头。可是，仔细观察，你会发现，古代的和现代的用料上的差别，这种差别就隐藏在混凝土中。

我们现代人经常使用的硅酸盐水泥又称波特兰水泥，它的主要成分是氧化钙和氧化硅，合起来就是硅酸钙，是一种硅酸盐。通常，什么混合料都不加的称为I型硅酸盐水泥，加入超过水泥质量5%的石灰石或者炉渣的称为II型硅酸盐水泥。

与现代制造工艺不同的是，在古罗马时代，人们不是在水泥里加入石灰石或者炉渣，而是把火山灰与水泥混合在一起，制作成灰泥。

关于古罗马水泥或者混凝土的描述，很多古书中都曾提过。生活在公元前1世纪的古罗马作家老普利尼就在书中写道：“最好的海上水泥是由那不勒斯省的火山灰，特别是波佐利的火山灰制造而成的。”那时的波佐利火山灰可是相当有名，以致于任何掺入了波佐利火山灰的材料，或者与该火山灰成分类似的材料，都会被标上“波佐利”的名号。

火山灰的妙处

为了修建水下建筑结构，古罗马人会往已经添加了火山灰的灰泥混合物中再加入火山灰被压实后的产物——凝灰岩，并把它们重新塞到木模板里。当遇到海水时，这些含有火山灰成分的混合物便会发生化学反应，生成独特的火山混凝土。那么他们为什么要这么做呢？

制造现代水泥的石灰石主要成分是碳酸钙，而由岩石、矿物、火山玻璃碎片等组成的火山灰的主要成分则是氧化硅和氧化铝。其中，玻璃体是因为火山灰喷出瞬间遭遇冷却后形成的，最早的玻璃便是火山喷出的酸性岩凝结而成。

火山混凝土的形成要经历两个反应。首先，混合材料中的水泥原料会遇水产生反应，生成碱性物质——氢氧化钙。然后，火山灰中大量的氧化硅和氧化铝将与已生成的氢氧化钙发生化学反应，生成水化硅酸钙等，这些生成物属于较强的胶性物质，能将其他材料粘在一起。

反应中不断产生的胶性物质不仅能增强混凝土的强度，而且还能起到堵塞混凝土中的毛细组织作用，能显著提高混凝土的抗腐蚀能力。并且，比起现代批量生产的钙硅结构的水泥，古罗马人生产的这种掺有火山灰的钙铝硅结构更完美，因此也更加牢固。用硅酸盐水泥建造的防波堤能挺个50年就不错了，但古罗马水泥筑造的防波堤却能屹立千年！