修筑长城的建筑材料,在没有大量用砖以前,主要是土,石和木料、瓦件等 。需用的土、石量很大,都就地取材 。在高山峻岭的地方,就在山上开取石料,用石块砌筑 。在平原黄土地带即在就地取土,用土夯筑 。在沙漠地区还采用了芦苇或红柳枝条层层铺砂的办法来修筑,修筑的方法是铺一层芦苇或红柳枝条,上面铺一层砂石,砂石之上再铺一层芦苇或红柳枝条 。这样层层铺筑,一直铺砌到五、六米的高度,芦苇或柳枝的厚度约五厘米左右,砂石的厚度约二十厘米左右 。
修筑长城的秘密材料是什么?据国外媒体报道,最新一项研究显示,如今已成为亚洲人饮食主要组成部分的美味糯米,是使中国古代一种砂浆性能超强的根本原因 。研究人员还发现,这种砂浆仍然是现存修复古代建筑的最好材料 。砂浆是一种用于填充砖块、石块和其他建筑材料之间缝隙的糊状物 。中国科学家张冰剑(音译)和同事研究发现,距今大约1500年前,古代中国的建筑工人通过将糯米汤与标准砂浆混合,发明了超强度的 “糯米砂浆”。标准的砂浆成分是熟石灰,即经过煅烧或加热至高温,然后放入水中的石灰岩 。糯米砂浆或许是世界上第一种使用有机和无机原料制成的复合砂浆 。糯米砂浆比纯石灰砂浆强度更大,更具耐水性,张冰剑还认为它是历史上最伟大的技术创新之一 。建筑工人利用糯米砂浆去修建墓穴、宝塔、城墙,其中一些建筑存在至今 。有些古建筑物非常坚固,甚至现代推土机都难以推倒,还能承受强度很大的地震 。最新研究发现了一种名为支链淀粉的“秘密原料”,似乎是赋予糯米砂浆传奇性强度的主要原因 。支链淀粉是发现于稻米和其他含淀粉食物中的一种多糖物或复杂的碳水化合物 。张冰剑说:“分析研究表明,古代砌筑砂浆是一种特殊的有机与无机合成材料 。无机成分是碳酸钙,有机成分则是支链淀粉 。支链淀粉来自于添加至砂浆中的糯米汤 。此外,我们发现,砂浆中的支链淀粉起到了抑制剂的作用:一方面控制硫酸钙晶体的增长,另一方面生成紧密的微观结构,而后者应该是令这种有机与无机砂浆强度如此之大的原因 。” 为确定糯米能否有助于建筑物修复,研究人员准备了掺入糯米数量不同的石灰砂浆,对比传统石灰砂浆测试了它们的性能 。张冰剑说:“对这两种砂浆的测试结果表明,掺入糯米汤的石灰砂浆的物理特性更稳定,机械强度更大,兼容性更强,这些特点令其成为修复古代石造建筑的合适材料 。”研究结果刊登在最新一期的《美国化学学会杂志》上
长城是用什么材料砌成的第一:石灰砂浆
在很早的时候,人类已经学会使用石灰砂浆了,烧石灰并不是一件难事,当然,把石灰、沙和砾石混合在一起制成的石灰砂浆,其强度显然是大打折扣的,难以建造非常高的大型建筑,而且不能在潮湿的环境中砌墙,更无法在水中使用 。于是,人们就想尽了各种办法,改良石灰砂浆的强度,古罗马人在把火山灰加入到石灰砂浆中,形成了西方人称之为的“最早的水泥”,而同一时期,中国人在则石灰砂浆中掺入黄黏土,用来增强砂浆的硬度 。
在中国古代,还有一种叫做“蜃灰”的石灰材料被应用于建筑领域,蜃灰是用牡蛎壳或蛤壳烧制的,蜃灰在性能上比石灰要优越 。
在《天工开物》和《温州府志》这些著作中都有提到蜃灰,《天工开物》记载道:“凡温、台、闽、广海滨、石不堪灰者,则天生蛎虫豪以代之 。”蛎虫豪即是牡蛎,蜃灰取自海中的牡蛎煅烧而成,因而在沿海地带用的比较多,牡蛎是贝类生物,贝壳的主要成分是碳酸钙,用牡蛎壳煅烧而成的蜃灰也是最初的一种“水泥” 。
第二:糯米石灰浆
到了公元6世纪之时,也就是南北朝的时候,中国出现了一种叫做糯米石灰浆的建筑材料,把糯米汤掺入石灰砂浆中,形成了一种新的复合砂浆,糯米石灰浆的强度远远大于纯石灰砂浆,非常的坚固,中国明清时期,有很多的建筑的砖墙是用糯米石灰浆砌的,历经百年而屹立不倒,如长城以及各地的明城墙等等,有些城墙的坚硬程度甚至超过现代的建筑,即使用推土机也很难将其推倒 。
糯米中的淀粉以支链淀粉为主,其成分能够达到95%至100%,因而糯米在煮熟之后,熬成糯米汤非常黏,掺入石灰砂浆中,无异于充当了天然的粘合剂,糯米石灰浆其强度一点不亚于现代的混凝土 。
此外,在中国古代,还有一种建筑材料叫做夯土,夯土是把红泥、粗砂、石灰块混合在一起经过夯实而形成的一种建筑材料,夯土也被称为三合土,在秦汉时期,城墙、宫墙一般是使用夯土建造而成的,用夯土建造的城墙,外观呈现出土,夯土的强度虽然要小于混凝土,不过其强度足以支撑大型建筑的建造,在南宋以前,中国古代的城墙一般都是用夯土修建的,而到了明清时期,才广泛采用砖石,并用糯米石灰浆垒砌 。
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