倫敦奧運會開幕式向世界展示了一幅工業革命的場景，數根巨型的煙囪在場地中央拔地而起，這是人類生產力大躍升的時代。而現代水泥，正是從第一次工業革命起步，并深刻改變了我們的生活。

無論城市還是鄉村，無論摩天大廈還是普通民居，我們這個世界越來越為水泥混凝土所塑造。

一座座長虹般的大橋，將密西西比河、長江天塹變通途；一條條巨蟒似的海底隧道，讓英法、歐亞水下聚首。正是水泥將砂、石、鋼筋膠結得如磐石一樣堅強；水泥混凝土鑄成的鐵路、公路，延時了城市的喧囂，讓現代的氣息蔓延推廣。

我國鐵道科學研究院前輩學者郭成舉先生，曾這樣贊美水泥：女媧未許補殘天，棄置荒秋數萬年。一朝尋來靈丹藥，敢叫世界換容顏。

原始“水泥”離不開火山灰

古羅馬神殿屹立2000年

古埃及和古希臘的高大建筑，都是由石頭直接疊壓搭建起來的。但古羅馬則不同，他們的建筑得以留存至今，其中的重要秘密是使用了一種膠凝材料。

英國學者西蒙·亞當斯在《揭秘古羅馬》一書中說，古羅馬人發明了一種專門用于水下工程建設的膠凝材料，主要應用于建造碼頭與水渠等工程。古羅馬人掌握了這項技術之后，就能夠構造非常龐大的建筑。

大約在公元前200年，古羅馬人發明了世界上最早的混凝土，在意大利半島經常有火山爆發，會噴出大量的火山灰，而火山灰里含有很多具有活性的氧化鋁和氧化硅。當這些火山灰與石灰、砂子和水混合的時候，能夠發生一種奇特的化學反應，這些離散的像泥漿一樣的東西，就會固結成為非常堅硬的固體狀態，就像今天的水泥和混凝土。當然，古羅馬人使用火山灰加石灰作為膠凝材料，和我們今天的水泥并不同。

據記載，古羅馬人曾經掌握使用含黏土的石灰石燒成羅馬水泥的技術，但從4世紀到17世紀的一千多年間，羅馬水泥技術似乎失傳。在此期間，公元5世紀的中國南北朝時期，出現了“三合土”，它由石灰、黏土和細砂所組成。以現代人眼光看，“三合土”也就是以石灰與黃土或其他火山灰質材料作為膠凝材料，以細砂、碎石和爐渣作為填料的混凝土。“三合土”經夯實后不僅具有較高的強度，還有較好的防水性。

另外，用有機物拌和“三合土”作建筑物的工法，在史料中屢有所見。明代《天工開物》一書中記載：“用以襄墓及貯水池則灰一分入河砂，黃土二分，用糯米、羊桃藤汁和勻，經筑堅固，永不隳壞，名曰三合土”。

與第一次工業革命同步 英國人獲得水泥發明專利

水泥的誕生，與第一次工業革命同步。

水泥誕生的起點是埃迪斯頓燈塔的重新照亮。

1756年，英國英吉利海峽南端的埃迪斯頓燈塔突然燒毀，嚴重影響了附近船只的航行。

工程師史密頓受命用最快的速度重建。當時，只有石灰石作建筑材料，燒成石灰后，將島上的石頭黏合起來重新砌塔。兩個星期后，石灰石運到了，史密頓竟發現這些石頭混有太多的土質。用次品原料修建高標準的燈塔，這不是開玩笑嗎？

時間來不及，史密頓“死馬當做活馬醫”，將就著用這些劣質的石灰石原料燒制石灰。然而，這種石灰居然將石塊黏結得異常的結實。燈塔一完工，史密頓就對這些石灰進行了檢驗。他意識到，這些石灰不純，其中含有20%的黏土。恰恰就是這些一向被人們視為雜質的黏土，起了很好的作用。后來，史密頓在建筑修建工作中，有意識地把黏土同石灰石適當的配合，加以煅燒，燒出來的石灰性能果然很理想。

世界上第一個水泥的專利擁有者，是英國人阿斯普丁。當史密頓燒石灰石的方法傳遍歐洲各國后，英國工匠阿斯普丁對此產生了興趣，開始進行深入地研究。他聯想到古羅馬人為增強石灰的黏結力，曾在石灰中加入火山灰的做法，由此產生了新的想法：火山灰是巖石高溫燒熔后的產物，那么把陶器、磚瓦的屑片磨成細粉，是不是也跟火山灰差不多呢？阿斯普丁試了一下，發現效果不如火山灰。后來他又想到了煤高溫燃燒后的煤渣、煉鐵高爐里流出來的經高溫冶煉的礦渣，是不是也有類似的功能呢？他一一進行實驗，結果證實了它們也具有火山灰特性。關鍵在于經歷高溫，且是否急速冷卻。

1824年，阿斯普丁在反復實驗的基礎上，總結出石灰、黏土、礦渣等各種原料之間的比例，以及生產這種混合材料的方法。于是一項偉大的發明誕生了，這就是今天被我們廣泛應用的“水泥”。

實際上，水泥的誕生是人類智慧的逐步深化：1756年發現水硬性石灰、1796年發明“羅馬水泥”、1822年出現“英國水泥”，直到1824年英國政府發布第一個水泥專利。

“人造石頭”不斷革新 鋼筋混凝土改變人類生活

美國發明家愛迪生一生共獲得1093項專利。很多人只知道他是電燈泡的發明者，但并不清楚愛迪生在水泥的推廣上也做出了重要貢獻。愛迪生認為，水泥可以用來給老百姓建造既結實又廉價的住房，“如果建筑不用鋼筋混凝土，而用磚塊和鋼鐵，那建筑師肯定是太愚蠢了”。

但起初，人們對水泥并不太接受。

1855年巴黎世博會上，法國工程師拉姆波特展出了一條小巧的水泥船，2英寸厚的殼體中布滿網狀鐵絲。這是“鋼筋水泥混凝土”最早的亮相，可惜只有英國海軍用他的技術在土倫港修建了一座浮標。

1867年的巴黎世博會，法國園藝師莫尼爾展出了一只鐵絲骨架的水泥花盆。

此后，“鐵水泥混凝土”這一搭檔的出現，鋼鐵具有極強的“抗拉”性能，正好消除了水泥混凝土的“軟肋”，實現了完美的優勢互補。可以說，沒有鋼筋混凝土的發明，就沒有現代高層樓房和大跨度場館。

一種新事物的出現，稱贊者有，懷疑者也一定會有。孰是孰非？只有等待檢驗的機會。然而，檢驗“混凝土”的機會很快就到來了。

1929年，美國決定建造一座102層高的“帝國大廈”。富有科學預見的建筑師們，大膽地采用了“混凝土”結構。一年零八個月之后，帝國大廈全部竣工。遠遠看去，儼然像一根電線桿子。住在大廈周圍的許多人擔驚受怕：萬一這座摩天大樓被風吹倒，或因自身搖擺而折斷怎么辦？

1945年7月28日早晨，住在附近的人更是亂作一團。那時正值大霧天氣，一架轟炸機迷失了方向，撞在大廈的97層上，隨著震天巨響，不少人都以為是大廈倒塌下來，爭先恐后地往外跑。然而，這次相撞的結果是：飛機碎了，大廈并沒有倒，只是97層的一道邊梁和部分樓板被撞壞，一架電梯下落，11人死亡，25人受傷。

從此，鋼筋混凝土建筑物名聲大震。

直到今天，世界最高的迪拜大廈等建筑，依舊采取鋼筋混凝土建筑，其混凝土用量高達33萬立方米。

(作者為北京建筑工程學院土木與交通工程學院教授)