中国是什么时候开始用水泥盖房子的?
早在公元前5000-3000年,新石器时代仰韶文化时期,就有人用“白膏”涂抹洞穴和地窖的地面和墙壁,使其光滑坚硬。“白灰面”因其白色粉末而得名,这种粉末是由天然的姜石制成的。姜石是一种二氧化硅含量较高的石灰岩块,常夹在黄土中,是黄土中的钙质结核。“石灰白面”是中国古代最早的胶结材料。
黄泥
公元前16世纪的商朝,地穴建筑迅速发展为木结构。这个时候,除了用“白灰膏”抹地板,土坯墙都是用黄泥砌的。公元前403年到公元前221年的战国时期,用黄泥掺草砌墙,也用来在土墙上衬墙砖。在中国的建筑史上,“白灰膏”早就被淘汰了,而黄泥和草混合黄泥作为胶结材料一直到现代社会。
石灰
石灰出现在公元前7世纪的周朝。周代的石灰是由一种巨大的蛤壳制成的。蛤壳的主要成分是碳酸钙,它会被煅烧,直到所有的碳酸气体逸出,形成石灰。《左传》中有记载:“宋文公死于成公二年(公元前635年)八月,骨灰用于重葬。”。红灰是用蚌壳制成的石灰材料,在周代已发现有良好的吸湿防潮和胶凝性能。在提倡厚葬的古代,骨灰是作为胶结材料来建造墓葬的。明代《天工开物》一书中有“焚屋法图”,说明鹳灰的制作和使用从周朝到明代一直没有失传,在中国流传已久。
到秦汉时期,除了木结构建筑外,砖石结构占据了重要地位。
砖石结构需要用优良的胶凝材料来建造,这促进了石灰制造业的快速发展,而从世界各地收集来的石灰石用来烧制石灰,于是石灰生产点应运而生。当时石灰的使用方法是将石灰与水混合制成石灰浆,然后用石灰浆建造石条、砖墙和砖石拱门,并粉刷墙壁。在汉代,石灰的应用已经非常普遍,用石灰建造的砖石结构可以建造多层亭台楼阁。
中国万里长城始建于公元前7世纪至公元17世纪,先后有20多个朝代主持或参与修建。秦、汉、明三个朝代修建的时间最长,在5万公里的长城中修建了5000多公里。在这三个朝代,石灰胶凝材料已经发展到更高的水平,并被广泛用于建造长城。因此,长城的许多部分被后人发现是由石灰制成的。
明代《天工开物》一书中详细记载了石灰的制作方法。清代《建法原理》一书记载了石灰烧制技术与石灰性能的关系。这些记录表明,中国在明清时期积累了丰富的石灰生产和使用知识。
石灰砂粘土混合物
在公元5世纪的中国南北朝时期,出现了一种名叫“三混凝土”的建筑材料,由石灰、粘土和细砂组成。到了明代,出现了石灰、陶粉、碎石组成的“三土”。清代有石灰、粘土、细砂组成的“三合土”,也有石灰、矿渣、砂。清代《宫石桥实录》一书中对“三土”的器械作了说明:“灰土是石灰和黄土的混合物,或称“三土”;灰土掺46%,石灰掺40%,黄土掺60%”。用现代人的眼光来看,“三土”就是以石灰和黄土或其他火山灰材料为胶凝材料,以细砂和砾石后的矿渣为填充料的混凝土。”混凝土”与罗马的三组分砂浆即“罗马砂浆”有很多相似之处。
“混凝土”自问世以来,一般被用作地板、屋顶、建筑基础和地面垫层。“三土”不仅压实后强度高,而且防水性能好。清朝的时候也是用来夯大坝的。
有趣的历史巧合是,中国这个遥远的东方古国,在欧洲大陆采用类似“罗马砂浆”的“三混凝土”时,也在使用。
掺有有机物的石灰胶凝材料
中国古建筑胶凝材料发展的一个显著特点是使用掺有有机物的胶凝材料,如石灰糯米、石灰桐油、石灰血料、石灰白芨、石灰糯米明矾等。此外,使用“三土”时,糯米、血料等有机物混合在一起。
据民间传说,秦代修筑长城时,用糯米汁砌筑砖石。考古发现,南北朝时期河南省邓县的画像砖墙衬有含淀粉的胶凝材料。河南登封县少林寺,以及北宋宣和二年、明弘治十二年、嘉靖四十年等不同时期的塔,都是用掺有淀粉的石灰作为胶结材料建造的。《宋会要》记载,南宋主干道建于公元1170年六年。“城墙用五层砖和灰覆盖,糯米粥调灰,帮助建造城面和地面。委员会是宏伟和持久的。”南京城建于明朝,是世界上最大的砖石城墙。它是以一块石头为基础,上面夯土,上面砌巨砖,用石灰做胶结材料,重要部位用石灰灌浆,城墙上部用桐油和土混合封顶,非常坚固。用桐油或糯米汁混合明矾和石灰制成的胶结材料,具有非常好的粘结性,常用于修复假山,至今仍在古建筑的修复中使用。
将“混凝土”与有机物混合作为建筑的施工方法,在史料中经常见到。明代的《天宫吴凯》一书中记载:“用作坟墓和储水箱时,将一部分骨灰放入河沙中,另一部分放入黄土中,与糯米、核桃汁混合均匀。筑牢后,永不破损,故称三重土。”在中国建筑史上,清朝康熙年间,北京卢沟桥南北两岸用糯米汁修筑了长达数里,使北京南郊免遭水灾。石桥建造史上记载,用糯米和牛血混合“三土”建造的石桥,凝固后坚固如花岗岩。糯米汁掺“三土”的建筑,非常坚硬坚韧。用鹤嘴锄刨时,会产生火花,有的甚至需要火药才能炸开。
中国历史悠久,在人类文明创造过程中取得了辉煌成就和重要贡献。英国著名科学家历史学家李约瑟在《中国科学技术史》一书中写道:“在公元3世纪至公元13世纪期间,中国保持了这个西方国家望尘莫及的科学知识水平”;中国的发明和发现远远超过了同时期的欧洲,尤其是在15世纪之前。我国古建筑胶凝材料的发展过程是从“白灰面”和黄泥到石灰和“三混凝土”,再到掺有石灰和有机质的胶凝材料。从这一历史过程中,我们可以得出与科学史家李约瑟相似的结论。中国古建筑的胶结材料有着自己辉煌的历史。在与西方古建筑胶结材料基本同步发展的过程中,由于大量使用石灰和有机物结合的胶结材料,所以稍好一些。