從主教山配水庫 看古羅馬水泥厲害

評論版 2021/01/08

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有超過百年歷史的深水埗主教山配水庫遭清拆,酷似古羅馬建築結構曝光,引起關注要求保存。除了受工程破壞部分,其餘建築經過百多年仍看似穩固,據說建造所用材料包括混凝土、紅磚,及可能來自於本港的花崗岩。

現代城市發展,離不開水泥和混凝土的貢獻。房屋愈來愈高,建築速度愈來愈快,城市規模愈來愈大。現代水泥(cement)是主要由石灰石和黏土等製成,目前最常用水泥品種,是矽酸鹽水泥,又叫波特蘭水泥(Portland cement),因固定後像英國南部波特蘭島的石頭。石屎或混凝土(concrete),就是水泥加水混合砂、石,粘在一起的材料。

古羅馬混凝土 或比現代水泥穩固

然而,比起現代水泥,古羅馬建築用的混凝土材料,結構持續幾千年仍然穩固,分分鐘比現代混凝土強,相當厲害。例如古羅馬人建造的擋海水牆在數千年間,能不斷經受海浪衝擊,公元1世紀的羅馬作家老普林尼(Gaius Plinius Secundus)曾這樣描述這種結構:「它變成了一塊石頭,海浪也無法將它摧毀,並且每天都更強大。」問題是,這些材料是如何變成像岩石似的?

2017年,一個國際研究小組在《American Mineralogist》《美國礦物學家》月刊發表報告,揭示有關古羅馬建築如此「長壽」的秘密。研究負責人,鹽湖城猶他大學地質學家杰克遜(Marie Jackson)說,與現代水泥不同,古羅馬混凝土使用了火山灰和石灰混合物,將岩石碎塊結合在一起。混凝土和海水之間出現化學反應,形成一種較罕見物質,從而強化這種材料。

現代水泥在幾十年內就會降解,尤其在惡劣海洋環境之中,但古羅馬混凝土遇到海水,反而變得更堅固。

研究人員在意大利波佐利港,古羅馬時代遺留下來的建築中,採集的樣本送到加州的國家實驗室,利用X射綫同步加速器,發現古羅馬混凝土經過海水浸泡,出現不同尋常化學成分矽酸鹽礦物,叫做鈣十字沸石。這種礦物在火山岩中很常見,當海水沖刷水泥使其變得更加具鹼性後,鈣十字沸石裏,又形成一種叫鋁雪花鈣石的晶體。這種晶體乃長片狀,令建築材料受壓時能夠彎曲而不是粉碎,於是用這種火山灰水泥起的建築,因為多了這種晶體後,連成了更牢固的整體,更不容易倒塌。

好像越聽越複雜,簡單而言科學家說,這種只有在一些火山才會出現的鈣十字沸石,遇海水產生的鋁雪花鈣石,可以是未來建築材料,及混凝土配方,再造出新型混凝土。事實上,美國有人正在嘗試這樣做,研發性能更好的水泥以及混凝土。

水泥的使用最早可以追溯到古羅馬時期,到18世紀末,英國人帕克(James Parker)借鑒古羅馬人做法,發明了沒有加入火山灰,只用泥灰製的水泥,與古羅馬時代的火山灰及石灰混合物相似,因此被命名為羅馬水泥。此後在不斷實踐及反覆實驗中,工程師和工匠不斷改進水泥配方,水泥性能愈來愈好,種類愈來愈多。1824年,英國人約瑟夫·阿斯譜丁(Joseph Aspdin)發明由石灰石和黏土混合燒出來的水泥,取得了專利權。10多年後,他兒子改良後再推出,就是現代的「波特蘭水泥」。

全球年耗40億噸水泥 中國約佔6成

現代水泥只有大約180年歷史,當水泥在西方大行其道時,中國還在使用木頭和磚建築,石頭用於路、橋等公用建築,雖然質量和美觀OK,但不是造價昂貴,就是防水防火能力差。當中國第一家水泥廠出現在河北唐山開平煤礦附近時,大家都覺得很奇怪,這種比土還要細,軟綿綿的東西,能用來建築房子?如今,中國已是世界上最大水泥生產國,消費亦是,現在全世界每年水泥用量40億噸,中國多達23億噸,約佔全世界60%。中國擁有9萬億噸可燒水泥的石灰石,又是產煤大國,所以中國本身建築大多是以水泥起的。據報道,過去15年間,中國水泥企業技術裝備,已成為世界數一數二先進的。人人用到水泥,但聽見水泥就不感興趣,或者反感,因為覺得水泥廠環境很差。隨着技術進步,近年內地水泥廠都陸續成了無煙工廠,也有一些智能化新工廠幾乎是無人的,這些進步大家也許不知道。

沒有水泥幾乎無法建設大城市,也無法建水電站、高鐵、機場等。全球大小城市都是鋼筋石屎森林。水泥改變了地球面貌,人類則改變歷史進程,唯一可記錄歷史、保護文物的亦是人類。雖然有人指出,主教山配水庫與古羅馬沒有直接關係,只是18至19世紀歐洲建築有時會有「羅馬圓拱」(Roman Arch),只要大家弄清楚,稱為「羅馬蓄水池」也無傷大雅。

不論如何,還望主教山配水庫,在大家共同推動下,得以保存並考究。畢竟,歷史古迹能帶來反思。古羅馬人不單為後世帶來選舉,還有文字、建築……甚至水泥,而這些都一直在發展,選舉方式愈來愈多,納入字典的文字愈來愈豐富。主教山建築的其一啟示是,水泥不是個落後材料,可以是未來的先進材料。

撰文 : 馮兆寧 資深媒體人

欄名 : 寧看世界

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