古羅馬時(shí)期對世界建筑史作出的杰出劃時(shí)代的貢獻有兩個(gè)：一是拱券技術(shù)的創(chuàng )新和發(fā)展，二是砼材料的發(fā)明與運用。
古羅馬的拱券結構與砼
砼的起源大約可以追溯至公元前3世紀，古羅馬人無(wú)意中發(fā)現將天然火山灰摻加砂石和石灰石攪拌后形成的混合料，硬化后強度較高，可以作為砌筑拱頂和墻體的填充材料。這一發(fā)現可了不得，它與古羅馬人熟稔的石料拱券技術(shù)相結合，為營(yíng)建大跨度、大空間的建筑結構創(chuàng )造了可能，并指引了方向。
古羅馬時(shí)期的砼結構建筑
此后四、五百年，古羅馬人普遍將這一新型材料應用于重要的神廟、劇場(chǎng)、會(huì )堂、浴室、廣場(chǎng)建筑及各類(lèi)港口、堤壩、輸水道等公共設施中?？上У氖?，自公元476年西羅馬帝國滅亡后，這種特定火山灰制作的砼技術(shù)逐漸被歐洲人“遺忘”并失去了傳承(有一定原因，下文會(huì )提到)。而在如今古羅馬殘留的遺跡中，我們依舊可以看到這種“天然砼”的影子，經(jīng)千年歲月而“頑固不化”，令人稱(chēng)奇。
01 古羅馬砼應用的成功范例與遺跡
這當然得從古羅馬遺跡中找出實(shí)物證據，最早可以追溯到公元前1世紀的那不勒斯防波堤，以及殘存的古羅馬海港橋墩遺跡。首先令人震驚的是下圖這張建于公元前的古羅馬水道，雖然不及法國加爾德、西班牙塞戈維亞的引水道壯觀(guān)，但卻是實(shí)打實(shí)的砼應用實(shí)例。古歐洲人的文獻詳細記載了其建造工藝，包括石砌結構、砼的填充部位以及支架、垂直運輸方法，甚至還看到了最原始的吊裝機械，絕對的令人嘆為觀(guān)止。
古羅馬時(shí)期修筑的引水道
那不勒斯的防波堤，可以追溯到公元前37年
斗獸場(chǎng)是世人熟知的，現存相對完好的古羅馬建筑，始建于公元70~82年，它是用4萬(wàn)名戰俘耗時(shí)8年建造起來(lái)的。它是石砌與砼結構的完美融合，我們現在看到的只是不足原貌的1/3部分。從砼應用的實(shí)例來(lái)看，最明顯的主要集中在看臺結構：看臺是用3層砼澆筑的筒形拱，每層80個(gè)拱，形成三圈不同高度的環(huán)形券廊（即拱券支撐起來(lái)的走廊），最上層則是50米高的實(shí)墻。
羅馬競技場(chǎng)，始建于公元72年~80年
競技場(chǎng)內景
競技場(chǎng)內部結構
看臺及內部的砼結構，一目了然
清晰可見(jiàn)的看臺砼結構
看臺上筒形拱屋頂砼結構，十分明顯
有一個(gè)問(wèn)題總是困擾著(zhù)大家：為什么裸露的墻壁結構有那么多孔洞？那是因為斗獸場(chǎng)曾經(jīng)穿過(guò)華麗的石材裝飾內衣和外衣，而自羅馬帝國滅亡后幾個(gè)世紀斗獸場(chǎng)一度被廢棄，后期在建造類(lèi)似梵蒂岡圣彼得大教堂時(shí)羅馬人把斗獸場(chǎng)當做廢物利用了，以至于內外被扒了個(gè)精光，而這些孔洞是預埋金屬勾連構件粘貼石材用的。
斗獸場(chǎng)結構表面密布的孔洞
梵蒂岡圣彼得大教堂，建于1506~1626年，據說(shuō)建的時(shí)候把斗獸場(chǎng)的部分裝飾材料和構件給拆了過(guò)來(lái)
繼斗獸場(chǎng)之后，古羅馬的統治者又在公元81~96年建造了羅馬城更輝煌的宮殿，奧古斯塔納宮，今天還有遺跡，在帕拉丁山頂上。從外露殘缺的建筑斷面上，原始的砼結構一覽無(wú)遺。
奧古斯塔納宮下沉式花園遺跡，位于帕拉丁山上的奧古斯塔納宮(81~96年)，是古羅馬時(shí)期最偉大的皇宮
接下來(lái)是圖拉真市場(chǎng)，修建于公元100~110年期間，圖拉真市場(chǎng)是世界上最古老的購物中心，建筑結構主要為磚砌或磚砌+混凝土填充形式。在遺跡中我們看到的是明顯的紅磚墻，這里不得不提到古羅馬常見(jiàn)的一種墻體結構砌作方式：外圍紅磚砌模，兼作墻體表面，而內部采用砼填充的形式以加固墻體結構受力。這種方法應用較為廣泛，從建筑殘垣中外露斑駁的墻體砼可見(jiàn)一斑。
羅馬圖拉真市場(chǎng)，始建于公元100~110年，是世界上最早的購物中心，建筑主要由磚塊和混凝土建造。
圖拉真市場(chǎng)遺跡
圖拉真市場(chǎng)磚砌結構？不，主體內部是砼，磚既是模板又是裝飾結構
再下面就是這座史上絕無(wú)僅有的古羅馬建筑巔峰之作，被米開(kāi)朗基羅贊嘆為“天使的設計”的萬(wàn)神殿，各種洋溢贊美之詞用在它身上都不過(guò)分，它是至今唯一一座保存完整的古羅馬帝國時(shí)期建筑。我們現在看到的巨型砼穹頂結構始建于哈德良時(shí)期的公元120~124年，其基礎、墻體和穹頂都采用了砼結構，為直徑與高度相等43.4米大型跨度的球體結構，它的穹頂跨度更是令人瞠目結舌，而且喪心病狂地稱(chēng)霸了世界穹頂界1300年之久。
羅馬萬(wàn)神殿，始建于公元前27~25年，現今所見(jiàn)的主體建筑重建于公元120-124年
羅馬萬(wàn)神殿正立面
萬(wàn)神殿穹頂結構俯視圖
萬(wàn)神殿巨型穹頂及空間營(yíng)造
萬(wàn)神殿巨型穹頂所營(yíng)造的底部空間
萬(wàn)神殿內部空間
萬(wàn)神殿的砼結構有多厚實(shí)？現代實(shí)測數據告訴你：基礎部分底部寬7.3米，墻和穹頂底部厚達6米，穹頂頂部厚1.5米，整個(gè)兒就一巨型砼堡壘。它的穹頂實(shí)在太厚重了，為使穹頂墻厚遞減更有利于萬(wàn)神殿整體建筑的穩固，設計師不得不將頂部?jì)缺谡R劃分為5排(每排28格），每一格由上而下雕鑿凹陷，以遞減的方式減輕結構自重。
萬(wàn)神殿的結構剖面圖
文藝復興時(shí)期手繪的萬(wàn)神殿穹頂結構圖
它同樣采用了磚砌墻體+砼填充的方式，從文藝復興時(shí)期手繪的斷面圖及現代拍攝的影像圖片可明顯看出。另外插一句題外之言，總是有人會(huì )提出這樣的問(wèn)題：這頂部開(kāi)了9米直徑的大圓洞，下雨怎么辦？正確的答案是，下就下吧，這是獻給神的建筑，神不會(huì )介意。
萬(wàn)神殿圓形砼結構外墻，明顯是磚砌“外包”的
9米直徑的穹頂圓形開(kāi)口
再往后出現的砼建筑結構代表諸如維納斯和羅馬神廟、卡拉卡浴場(chǎng)、戴克里先浴場(chǎng)、馬克森提烏斯和君士坦丁巴西利卡、奧勒良城墻等，從古老斑駁的遺跡中均能體會(huì )到歷史的凝重和歲月的滄桑，不再一一說(shuō)明，看圖鑒賞。
維納斯和羅馬神廟，建于公元121年至135年哈德良皇帝統治時(shí)期，是古羅馬最大的神廟
維納斯和羅馬神廟
維納斯和羅馬神廟全景
羅馬卡拉卡浴場(chǎng)遺跡，始建于公元212年~216年
卡拉卡浴場(chǎng)遺跡
卡拉卡浴場(chǎng)遺跡
卡拉卡浴場(chǎng)遺跡
羅馬戴克里先浴場(chǎng)，始建于公元258年
戴克里先浴場(chǎng)遺跡
戴克里先浴場(chǎng)遺跡
羅馬馬克森提烏斯和君士坦丁巴西利卡，始建于公元308年，它是古羅馬筒狀穹窿建筑的代表作
馬克森提烏斯和君士坦丁巴西利卡，圓形拱門(mén)結構
馬克森提烏斯和君士坦丁巴西利卡，砼拱形結構
馬克森提烏斯和君士坦丁巴西利卡，砼拱形結構
古羅馬奧勒良城墻，磚砌+砼填充結構
02 為何古羅的砼技術(shù)被“遺忘了”？
一個(gè)令人費解的問(wèn)題是，自西羅馬帝國滅亡(公元476年)后，傳統的石砌拱券結構繼續在歐洲發(fā)揚光大，而砼這一技術(shù)卻逐漸被人淡忘。直到19世紀中上旬，“波特蘭水泥”的正式出現，才讓以水泥為膠凝材料的的砼重新進(jìn)入歐洲人的視野，為何？
這先得講一下砼的材料組成，現代砼的配比組成為水泥+水+砂+碎石；古羅馬的砼配比組成其實(shí)并不神秘，主要為生石灰+火山灰+水+砂+碎石，而古羅馬的火山灰主要取自羅馬以南那不勒斯的大型火山群，是天然高溫煅燒后形成的白榴火山灰。對比后很容易發(fā)現，唯一的區別是古羅馬用“生石灰+火山灰”代替了現代的水泥。
現代的水泥主要是以石灰石和粘土為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細制成生料，然后高溫煅燒成熟料，再將熟料加適量石膏或其它混合材料磨細而成，其主要成分是硅酸鈣。
現代普通硅酸鹽水泥加水攪拌后的反應是：硅酸鈣 + 水 → 水化硅酸鈣 + 氫氧化鈣，反應迅速。其中有用的是前者水化硅酸鈣，它提供了結構所需的強度，而氫氧化鈣是個(gè)附帶生成物，不但在強度貢獻上起不了什么作用，而且先天骨質(zhì)疏松，容易導致砼滲漏、開(kāi)裂等，各種不省心。
古羅馬的水泥呢？這得分兩步，首先是生石灰+水→ 氫氧化鈣；接下來(lái)是一個(gè)超級漫長(cháng)的化學(xué)反應：氧化硅（火山灰）+ 氫氧化鈣 + 水 → 水化硅酸鈣。反應時(shí)間有多長(cháng)？很慢，很慢，想要得到最終的齡期強度在不摻加任何催化劑的情況下可能要數月之久。注意這里說(shuō)的是齡期，不是凝固時(shí)間。
通過(guò)對比我們可以發(fā)現：現代水泥反應時(shí)間極快，而古羅馬水泥反應時(shí)間極其的漫長(cháng)，但古羅馬水泥通過(guò)漫長(cháng)的反應時(shí)間，將附帶的氫氧化鈣轉化成了有用的水化硅酸鈣，這也就解釋了為何歷經(jīng)千年其耐久性較好的特點(diǎn)。還有很重要的一點(diǎn)，古羅馬由于在水泥高溫煅燒、集配工藝、添加劑改良等技術(shù)方面的缺乏，導致加工的砼質(zhì)量參差不齊，砼強度普遍較低，這從當代國外學(xué)者和研究機構相關(guān)的試驗研究結論可以得到充分印證。
03 結論：走下神壇的古羅馬砼，并非是“遺忘”
首先得肯定古羅馬人的杰出貢獻，火山灰砼的應用是史無(wú)前例的創(chuàng )舉，萬(wàn)神殿就是很好的實(shí)例證明，在當時(shí)純采用石砌結構的工藝很難實(shí)現如此恢宏的跨度空間。它最大的優(yōu)點(diǎn)體現在耐久性，歷久彌堅而受人稱(chēng)道。
萬(wàn)神殿的大跨度球體結構
萬(wàn)神殿內部大跨度空間結構
但它有幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)：一是強度提升的太慢，齡期太久，用砼作為材料建筑周期太過(guò)漫長(cháng)，建設者得有足夠的心理準備，千萬(wàn)不能有急功近利的思想，否則……；二是強度普遍相對低，這也就讓人瞬間明白了萬(wàn)神殿為何要6米厚的墻；三是外觀(guān)巨丑陋，不能直接作為外露面裝飾面，古羅馬人為何熱衷于轉砌或石砌+砼填充的工藝？在看到斗獸場(chǎng)一排排的飾面孔洞，亦或是卡拉卡浴場(chǎng)遺跡大理石裝飾的砼墻面，你就明白了。
萬(wàn)神殿超厚的砼墻體結構
斗獸場(chǎng)的排狀孔洞
卡拉卡拉浴場(chǎng)遺跡中大理石裝飾的混凝土墻面
古羅馬砼去神化以后，它的失傳也就沒(méi)那么難理解了。在當年看來(lái)，由于采用澆筑而非砌筑，一是曲面拱形結構建造施工更為方便，對操作人員技術(shù)含量要求低，二是使結構整體性更強，這是它的優(yōu)勢，但僅限于此；它的劣勢除了上述提到的幾點(diǎn)，還有取材受限、加工工藝也更加繁復一些。
古羅馬時(shí)期的建筑墻體砌筑工藝，外包磚模，內填砼
古羅馬磚砌+砼填充工藝遺跡
戴克里先浴場(chǎng)，明顯的磚砌+砼填筑
從另外一個(gè)角度來(lái)講，古羅馬帝國是奴隸制社會(huì )，所以人力成本對于統治階層的貴族來(lái)講幾乎是零。砼技術(shù)與拱券技術(shù)最大的區別在于，拱券技術(shù)是門(mén)技術(shù)活，需要技藝高超的工匠來(lái)完成，而砼這一苦力臟活累活則更適合于大量沒(méi)有技術(shù)含量的奴隸去做，所以貴族富人們樂(lè )于推廣使用。
但在西羅馬帝國消亡后，形勢發(fā)生變化，西歐由此缺少這種大規模砼結構使用的需求和動(dòng)力。而東羅馬拜占庭則有中亞高超的磚石拱券技術(shù)，故而繼續發(fā)揚光大走上了老路，自此古羅馬砼技術(shù)消失在了歷史的長(cháng)河之中。所以，與其說(shuō)是失傳或遺忘，不如說(shuō)是被社會(huì )、經(jīng)濟的變革以及技術(shù)的創(chuàng )新所淘汰。
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