200年前的水泥专利之争

阿斯谱丁父子在格瑞兹海德开设的分厂

今年10月21日是水泥这种建筑材料诞生200周年。1824年10月21日，英国泥瓦匠阿斯谱丁取得“波特兰水泥”专利，从而成为建筑业公认的水泥发明者。当年阿斯谱丁利用专利权垄断了高质量水泥的产销，也因此卷入一场有关英国专利制度的讨论。

泥瓦匠发明优质水泥

人类使用水泥作为建筑材料的时间并不长，它19世纪20年代才在建筑业广泛投入应用。业界公认的水泥发明者是英国人约瑟夫·阿斯谱丁。

阿斯谱丁是英国利兹地区的泥瓦匠，他的脑筋比大多数同行都活络，频繁尝试用各种原料制造耐用的建材。1824年，他将石灰石研磨成粉，往其中加入一定量的黏土，之后掺水搅拌成泥浆，再风干、煅烧，最后将烧制出的块状物磨成细粉，就制成了水泥。直到今天，水泥的基本制作流程并没有发生太大的改变。在使用这种材料时，阿斯谱丁往细粉中加入少量水，搅拌成稠度适中的浆体，待风干后就成为极为坚固的水泥，可用于建造各种建筑。

在阿斯谱丁之前，已经有人尝试发明水泥。1796年，英国人派克将一种黏土质石灰岩磨细后制成料球，在一定的温度下煅烧，然后研磨成粉。派克把这种材料称为“罗马水泥”，并取得了专利权。“罗马水泥”这个名称取自古罗马时期一种由骨料和砂浆制成的建筑材料。

“罗马水泥”凝结速度较快，在建筑业得到了一些应用。但是它有两个致命缺点：一是耐酸碱性较差，这就对调制泥浆所用的水提出了较高的要求——其碱性或酸性都不能太强；二是在调制时温度不能过低，这就要求在秋季、冬季和春季使用“罗马水泥”调制泥浆时，必须同步进行加热。

如果不能满足上述两个条件，那么“罗马水泥”的坚固性就会降低。这导致其使用成本过高，限制了推广应用。

英国人福斯特也是一位致力于水泥的研究者。1822年，他将白垩和黏土混合后加水磨成泥浆，然后放入料槽进行沉淀，待沉淀物干燥后放入石灰窑中煅烧，制成一种浅黄色的块状物，最后再研磨成细粉。福斯特将这种材料称为“英国水泥”，并于1822年10月22日取得了专利。

虽然“英国水泥”在使用过程中对水质和温度的要求不像“罗马水泥”那么挑剔，但其质量明显不及“罗马水泥”——风干时间长，且坚固性不足。因此这种水泥的售价较低，销量也不大，最终未能大规模推广。

阿斯谱丁的发明兼有“罗马水泥”和“英国水泥”的优点，同时剔除了缺点。这种水泥硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色，所以被称为“波特兰水泥”。阿斯谱丁意识到，他的这项发明可能引领建筑业的一场革命。于是他在1824年10月21日为“波特兰水泥”申请了专利，随后在英国维克菲尔德建了一座水泥生产厂。

针对水泥专利的诉讼

在建筑材料市场上，“波特兰水泥”的竞争力远超“英国水泥”。例如在1825年泰晤士河隧道翻修时，“波特兰水泥”的市场价格比“英国水泥”高很多，但工程方还是选用了“波特兰水泥”。

阿斯谱丁通过生产和销售“波特兰水泥”赚得盆满钵满，但也遇到了麻烦。1825年底，一个名叫索菲尔德的水泥经销商到利兹地方法院起诉，要求撤销“波特兰水泥”的专利证书，不允许其作为水泥品牌在市场上销售。

原来，阿斯谱丁一直采取自产自销的方式赚钱，拒绝与任何经销商合作。另外，他也拒绝通过收取专利费的方式把“波特兰水泥”的生产工艺传授给其他生产者。索菲尔德长期代理销售“罗马水泥”和“英国水泥”，眼见“波特兰水泥”几乎完全垄断了市场，他一气之下向阿斯谱丁发难。

“波特兰水泥”专利证书上载明的生产方法是：把石灰石捣碎研磨成细粉，加入一定量的黏土，掺水后以人工或机械方式搅拌成泥浆；置泥浆于盘上干燥；将干料击打成碎块，放入石灰窑煅烧，烧至石灰石内的碳酸气体完全逸出；煅烧后的块状物冷却后打碎磨细，即制成水泥。

索菲尔德指出，阿斯谱丁公开的生产方法，与福斯特的“英国水泥”的生产方法并无本质上的差别。特别是关于烧制的火候，都是以“物料中碳酸气体完全逸出”为准。然而根据业界常识，在这种条件下制成的“波特兰水泥”，其质量不可能大幅优于“英国水泥”。

索菲尔德认为，阿斯谱丁出于保密考虑，在专利申报材料中并未写明“波特兰水泥”的全套生产技术。他要么在生产过程中设定了特殊的煅烧温度，要么采用了未公开的原料，否则“波特兰水泥”硬化后不会具有波特兰地区石料那样的颜色，也不可能有那样优良的性能。

索菲尔德称，阿斯谱丁拒绝销售代理，也拒绝有偿分享工艺，这实际上是谋求长期占据垄断地位，有违专利制度设立的初衷。他认为，鉴于“波特兰水泥”的专利内容与“英国水泥”高度相近，前者不应享有专利权。

被卷入有关专利制度的讨论

索菲尔德最终败诉，法院未判决撤销“波特兰水泥”的专利证书。值得一提的是，这个案例卷入了有关英国专利制度合理性的一场讨论。

英国是世界上第一个建立专利制度的国家。1700年，英国议会颁布《垄断条例》，规定只有获得政府授权的人才能取得专利权。该条例确立了专利制度，并于1727年由英国皇家法院和英国专利法院开始施行。这两所法院将专利审批权逐步下放给地方法院，由地方法院审核下发专利证书，并进行登记。阿斯谱丁就是在利兹地方法院获得了“波特兰水泥”的专利权。

英国邮政发行的“波特兰水泥”纪念邮票

到19世纪，英国的专利审核和批准程序饱受争议。1828年，《伦敦科学技术杂志》发表一系列文章，对专利制度进行了批评：一方面，一项专利申请需要经过极其烦琐的程序，且每一个步骤都要缴纳高昂的费用；另一方面，法院对于专利申报材料的要求过低。这是“极其不合理、令人压抑的制度”。文章以“波特兰水泥”专利诉讼案为例指出，阿斯谱丁为申请专利支付了高额费用。尽管其提交的材料并不充分，但仍然获得了专利，而其专利内容与“英国水泥”雷同。

当时的专利权与现代专利权有一定差异，它更像是征收一次性费用的权利，尚未与大规模商品生产紧密结合。当时英国《垄断条例》规定，技术专利的垄断期为14年，这恰好是7年学徒期的两倍。也就是说，专利费实质上与学徒费更接近。阿斯谱丁拒绝通过收费的方式共享专利，主要是因为一次性收取专利费不划算，其他生产者的产量和销量与他的收益无关，他不如独家生产、自主销售。

该系列文章在英国引发一场有关专利制度的讨论：它是否有必要存在？是否应该改进？

1829年，英国议会下院成立了一个专门委员会，对专利制度进行审查。这次行动的最终成果是1835年颁布并开始施行的《专利法》，替代了《垄断条例》。但是，新的立法未对原有的专利制度做大的调整。英国社会针对专利制度的批评没有停止。

1851年，即英国成功举办康沙特亲王博览会的第二年，英国议会通过了《专利法修正案》。这个修正案作出了一系列改革：一是精简机构，成立专利局，专门负责专利授予事务，以简化过于烦琐的程序；二是降低专利申请费用，特别是将递交申请的入门费从300英镑降至25英镑；三是将专利权的权利范围扩展到英伦三岛，而非仅限于英格兰地区；四是从申请之日起便开始对专利进行保护，如果专利申请未能获得批准，则终止对其的保护；五是要求专利申请人提交更为详细的说明材料。这些新的法律条款使英国的专利申请数量有所增加。

修正案仍有一些问题未能解决：一是仍然没有构建专利授权的实质性事前审查制度，审查的模糊性在专利授权数量增加的情况下，意味着专利诉讼纠纷频繁发生；二是新成立的专利局缺乏统筹规划，行政能力有待提高。

英国这场始于19世纪二三十年代的专利制度改革运动，到19世纪60年代逐渐发展为激进的主张——废除专利制度。以专利制度的存废为焦点的争论在19世纪60年代末70年代初达到高潮。最终，随着19世纪70年代中期发生的英国经济大萧条和国际竞争日益加剧，专利保护的需求有所增大。另外，大规模工业化生产模式的普及，促使专利权人的收益与许可生产企业的产销量挂钩，专利共享越来越普遍。在这一背景下，废除专利制度的声音渐渐平息。

煅烧工艺起决定性作用

在19世纪二三十年代的专利制度下，阿斯谱丁为追求利益最大化对“波特兰水泥”的生产方法严加保密，采取了多种措施：在工厂周围建起高墙；未经他和儿子的许可，任何人不得进入工厂；工人不准到自己工作岗位以外的区域走动。有意思的是，为制造假象迷惑竞争对手，阿斯谱丁父子时常让工人用盘子盛着硫酸铜等粉料在厂区内走动——其实那不是水泥生产配方中的原料。

维克菲尔德水泥生产厂的产品供不应求，阿斯谱丁的儿子小阿斯谱丁在格瑞兹海德又建了一座生产厂。1856年，他们父子俩还在德国开设了分厂。

根据专利证书所载的内容和有关资料，阿斯谱丁并没有在水泥生产过程中加入特殊的原料。水泥生产的核心设备是窑。1824年阿斯谱丁发明“波特兰水泥”时，其所使用的窑不是特制的，而是用于烧制石灰的传统瓶窑。他的工厂生产出的水泥之所以质量较高，关键在于对瓶窑煅烧工艺的把控，这在很大程度上是一种“只能意会不可言传”的技能。

煅烧工艺对于水泥质量起决定性作用。1872年，英国人强生证实了这一点。他发明了专门用于生产水泥的仓窑，替代了瓶窑。其特点是利用人工作业将物料沿水平方向移动，一次性完成干燥、预烧和烧成过程。作为最早的水泥煅烧专用设备，仓窑解决了煅烧火候难以把控的问题，制出的水泥性能大幅提升。

此后，水泥质量的提升几乎完全依赖于煅烧设备的改进。1884年，德国人狄兹赫发明了立窑。不同于仓窑的是，其物料自上而下沿垂直方向自动完成烧制过程。此后，英国和德国对立窑不断进行改进升级。英国人最早在立窑上采用了机械通风装置。接着，德国人加入了自动卸料装置，大幅提高了产量和质量。在此基础上，德国人又增设了自动投料装置，从而完成了立窑的全面机械化。19世纪末到20世纪20年代，立窑在世界范围内被广泛采用，成为水泥烧制的通用设备。

编辑：姚志刚 winter-yao@163.com