六 水工胶结材料

   水工建筑物用来挡水，因而砌体之间必须用胶结材料胶合，以减少透水性，降低渗润线高度，防止管涌等流弊产生；此外，水工建筑物还要抵抗水压力，以保持建筑物的稳定，因此，也需要胶结材料将砌体联缀，形成整体，以提高建筑物抗滑和抗倾覆的稳定性。“盖砌石砌砖，彼此本不相联属，恃有灰浆联为一体，所以成其固也……盖灰浆乃石工第一要事。”①因而，胶结材料是保证水工建筑物安全的关键之一，也是水工建筑物较非水工建筑物更多技术复杂性的原因。

    (一)水硬性石灰

    古代常用的胶结材料是石灰。一般石灰石煅烧后得气硬性石灰，在水中强度低。水硬性石灰古人常从煅烧蛎壳中获取。最早使用蛎房灰的记载是北宋嘉祜四年(1059)建造福建泉州洛阳桥(又名万安桥)时。洛阳桥建于洛阳江入海口处，河宽五里，潮水出没，水深流急，石桥基础的稳固成为建桥的关键技术问题，因此急需水中胶凝材料。宋人方勺在其所著《泊宅编》中记载：“闽中无石灰，烧蛎壳为灰……故用灰(桥墩)常若新，无纤毫罅隙。”广东潮州海堤也曾用此技术：“甃山石，运海283问，置陶烧灰，派夫运土填筑。”②所以，烧制石灰时除海砺壳外，还要“置陶”烧灰。这样就与水泥原料基本相同。不过石灰所需煅烧温度只要900～l100℃，比水泥所需的烧制温度(1450℃)较低。水硬性石灰加沙成浆后，用以砌石，在水中可以继续硬化，其抗压强度可达25千克／平方厘米。

    牡蛎灰胶结性能早在唐代的文献中已有记载，例如煮盐时用以盛盐卤的竹盘，为使其不漏，“竹盘者，以篾细织，竹镬表里以牡蛎灰泥之，自收海水煎盐之，谓之野盐”③。

    明末科学家宋应星在其著名的《天工开物》一书中特别介绍了石灰和蛎灰的制造技术。石灰是用青色石(石灰石)煅烧而成，方法是“先取煤炭、泥和做成饼，每煤饼一层，叠石一层，铺薪其底，灼火燔之”④，“成质之后，入水永劫不坏”。蛎灰制作方法与石灰相同。二者“粘砌城墙桥梁，调和桐油造舟，功皆相同”，不过蛎灰为蛎壳烧制，蛎房“经年久者，长成数丈，阔则数亩，崎岖如石假山形”，其化学成分与蚬(即蛤蚌)不同。“有误以蚬灰为蛎灰者，不格物之故也”⑤。

    (二)蛎房生物胶结

    不仅蛎灰可为胶结材料，蛎房生长本身就自然形成对散石的凝结。在蔡襄主持洛阳桥施工时，首先沿桥纵轴线抛石，形成一道堆石基础。如何将散石体固结呢，当时人注意到海边的牡蛎可以牢固地附着在船底或礁石上，于是萌生利用生物固结的想法。“又种蛎于础，令其附生而固”，从而形成一道长三百多丈、宽一丈五尺的稳固基础⑥，再在此石基上砌筑桥墩，成功地完成了建桥任务。由于蛎房胶结成为巩固石桥基础的关键，桥成以后“即多取蛎房散置石基上，岁久延蔓相粘，基益胶固矣。元丰初，王祖道知州，立法，辄取蛎者徒二年”⑦，严格立法，禁止在桥基一带采蛎。

    ①清·徐端：《安澜纪要》卷上，第61页。
    ②乾隆《潮州府志·堤防》。
    ③唐·刘恂：《岭表录异》，广东人民出版社，1983年，第37页。
    ④明·宋应星：《天工开物》卷11，燔石，万有文库本，第197页。
    ⑤明·宋应星：《天工开物》卷11，燔石，万有文库本，第198页。
    ⑥明·仇俊卿：重修洛阳桥记，《明文海》卷384，中华书局影印本，第3971页，1987年。
    ⑦宋·方勺：《泊白宅编》卷中，金华丛书本。

    (三)火山灰黏合剂

    古罗马时代不仅已使用石灰浆作建筑黏结剂，而且还在建筑工程中应用火山石灰。这种火山灰拌和，“不仅可使其他建筑物坚固，而且在海中筑堤时，也可在水下硬化”①。

    明代末年徐光启注意到西方的一种似土非土、似石非石的块体，磨碎后可作黏结剂，该块体“体质甚轻，揉之成粉，舂以代砂，或代瓦屑。灰汁在其空中，委宛相入。坚凝之后，逾于铜铁”②。他并举出实例，认为几十年前有人发掘旧有水道，“视其甃涂之灰，用是物也，厚半寸许耳”。推断其建筑时代在汉武帝时期，而在一两千年之后仍然坚牢无比。

    (四)水泥的引进

    黄河河工应用水泥作胶结材料最早始于光绪十四年(1888)，当年河道总督吴大澄提出：“臣访闻西洋各国有塞门德土，拌沙粘合，不患水浸，较诸中国所用三合土尤为坚结……拟于(黄河险工)砖面石缝试用外洋塞门德土涂灌结实，敛散为整，可使坝基做成一片，足以抵挡河溜。”③当年从旅顺调运3000桶，又在上海、香港加购600桶使用。