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古罗马时期对世界建筑史作出的杰出划时代的贡献有两个：一是拱券技术的创新和发展，二是砼材料的发明与运用。  古罗马的拱券结构与砼 砼的起源大约可以追溯至公元前3世纪，古罗马人无意中发现将天然火山灰掺加砂石和石灰石搅拌后形成的混合料，硬化后强度较高，可以作为砌筑拱顶和墙体的填充材料。这一发现可了不得，它与古罗马人熟稔的石料拱券技术相结合，为营建大跨度、大空间的建筑结构创造了可能，并指引了方向。  古罗马时期的砼结构建筑 此后四、五百年，古罗马人普遍将这一新型材料应用于重要的神庙、剧场、会堂、浴室、广场建筑及各类港口、堤坝、输水道等公共设施中。可惜的是，自公元476年西罗马帝国灭亡后，这种特定火山灰制作的砼技术逐渐被欧洲人“遗忘”并失去了传承(有一定原因，下文会提到)。而在如今古罗马残留的遗迹中，我们依旧可以看到这种“天然砼”的影子，经千年岁月而“顽固不化”，令人称奇。 01 古罗马砼应用的成功范例与遗迹 这当然得从古罗马遗迹中找出实物证据，最早可以追溯到公元前1世纪的那不勒斯防波堤，以及残存的古罗马海港桥墩遗迹。首先令人震惊的是下图这张建于公元前的古罗马水道，虽然不及法国加尔德、西班牙塞戈维亚的引水道壮观，但却是实打实的砼应用实例。古欧洲人的文献详细记载了其建造工艺，包括石砌结构、砼的填充部位以及支架、垂直运输方法，甚至还看到了最原始的吊装机械，绝对的令人叹为观止。  古罗马时期修筑的引水道  那不勒斯的防波堤，可以追溯到公元前37年 斗兽场是世人熟知的，现存相对完好的古罗马建筑，始建于公元70~82年，它是用4万名战俘耗时8年建造起来的。它是石砌与砼结构的完美融合，我们现在看到的只是不足原貌的1/3部分。从砼应用的实例来看，最明显的主要集中在看台结构：看台是用3层砼浇筑的筒形拱，每层80个拱，形成三圈不同高度的环形券廊（即拱券支撑起来的走廊），最上层则是50米高的实墙。  罗马竞技场，始建于公元72年~80年  竞技场内景  竞技场内部结构  看台及内部的砼结构，一目了然  清晰可见的看台砼结构  看台上筒形拱屋顶砼结构，十分明显 有一个问题总是困扰着大家：为什么裸露的墙壁结构有那么多孔洞？那是因为斗兽场曾经穿过华丽的石材装饰内衣和外衣，而自罗马帝国灭亡后几个世纪斗兽场一度被废弃，后期在建造类似梵蒂冈圣彼得大教堂时罗马人把斗兽场当做废物利用了，以至于内外被扒了个精光，而这些孔洞是预埋金属勾连构件粘贴石材用的。  斗兽场结构表面密布的孔洞 梵蒂冈圣彼得大教堂，建于1506~1626年，据说建的时候把斗兽场的部分装饰材料和构件给拆了过来 继斗兽场之后，古罗马的统治者又在公元81~96年建造了罗马城更辉煌的宫殿，奥古斯塔纳宫，今天还有遗迹，在帕拉丁山顶上。从外露残缺的建筑断面上，原始的砼结构一览无遗。 奥古斯塔纳宫下沉式花园遗迹，位于帕拉丁山上的奥古斯塔纳宫(81~96年)，是古罗马时期最伟大的皇宫 接下来是图拉真市场，修建于公元100~110年期间，图拉真市场是世界上最古老的购物中心，建筑结构主要为砖砌或砖砌+混凝土填充形式。在遗迹中我们看到的是明显的红砖墙，这里不得不提到古罗马常见的一种墙体结构砌作方式：外围红砖砌模，兼作墙体表面，而内部采用砼填充的形式以加固墙体结构受力。这种方法应用较为广泛，从建筑残垣中外露斑驳的墙体砼可见一斑。 罗马图拉真市场，始建于公元100~110年，是世界上最早的购物中心，建筑主要由砖块和混凝土建造。 图拉真市场遗迹 图拉真市场砖砌结构？不，主体内部是砼，砖既是模板又是装饰结构 再下面就是这座史上绝无仅有的古罗马建筑巅峰之作，被米开朗基罗赞叹为“天使的设计”的万神殿，各种洋溢赞美之词用在它身上都不过分，它是至今唯一一座保存完整的古罗马帝国时期建筑。我们现在看到的巨型砼穹顶结构始建于哈德良时期的公元120~124年，其基础、墙体和穹顶都采用了砼结构，为直径与高度相等43.4米大型跨度的球体结构，它的穹顶跨度更是令人瞠目结舌，而且丧心病狂地称霸了世界穹顶界1300年之久。 罗马万神殿，始建于公元前27~25年，现今所见的主体建筑重建于公元120-124年 罗马万神殿正立面 万神殿穹顶结构俯视图 万神殿巨型穹顶及空间营造 万神殿巨型穹顶所营造的底部空间 万神殿内部空间 万神殿的砼结构有多厚实？现代实测数据告诉你：基础部分底部宽7.3米，墙和穹顶底部厚达6米，穹顶顶部厚1.5米，整个儿就一巨型砼堡垒。它的穹顶实在太厚重了，为使穹顶墙厚递减更有利于万神殿整体建筑的稳固，设计师不得不将顶部内壁整齐划分为5排(每排28格），每一格由上而下雕凿凹陷，以递减的方式减轻结构自重。 万神殿的结构剖面图 文艺复兴时期手绘的万神殿穹顶结构图 它同样采用了砖砌墙体+砼填充的方式，从文艺复兴时期手绘的断面图及现代拍摄的影像图片可明显看出。另外插一句题外之言，总是有人会提出这样的问题：这顶部开了9米直径的大圆洞，下雨怎么办？正确的答案是，下就下吧，这是献给神的建筑，神不会介意。 万神殿圆形砼结构外墙，明显是砖砌“外包”的 9米直径的穹顶圆形开口 再往后出现的砼建筑结构代表诸如维纳斯和罗马神庙、卡拉卡浴场、戴克里先浴场、马克森提乌斯和君士坦丁巴西利卡、奥勒良城墙等，从古老斑驳的遗迹中均能体会到历史的凝重和岁月的沧桑，不再一一说明，看图鉴赏。 维纳斯和罗马神庙，建于公元121年至135年哈德良皇帝统治时期，是古罗马最大的神庙 维纳斯和罗马神庙 维纳斯和罗马神庙全景 罗马卡拉卡浴场遗迹，始建于公元212年~216年 卡拉卡浴场遗迹 卡拉卡浴场遗迹 卡拉卡浴场遗迹 罗马戴克里先浴场，始建于公元258年 戴克里先浴场遗迹 戴克里先浴场遗迹 罗马马克森提乌斯和君士坦丁巴西利卡，始建于公元308年，它是古罗马筒状穹窿建筑的代表作 马克森提乌斯和君士坦丁巴西利卡，圆形拱门结构 马克森提乌斯和君士坦丁巴西利卡，砼拱形结构 马克森提乌斯和君士坦丁巴西利卡，砼拱形结构 古罗马奥勒良城墙，砖砌+砼填充结构 02 为何古罗的砼技术被“遗忘了”？ 一个令人费解的问题是，自西罗马帝国灭亡(公元476年)后，传统的石砌拱券结构继续在欧洲发扬光大，而砼这一技术却逐渐被人淡忘。直到19世纪中上旬，“波特兰水泥”的正式出现，才让以水泥为胶凝材料的的砼重新进入欧洲人的视野，为何？ 这先得讲一下砼的材料组成，现代砼的配比组成为水泥+水+砂+碎石；古罗马的砼配比组成其实并不神秘，主要为生石灰+火山灰+水+砂+碎石，而古罗马的火山灰主要取自罗马以南那不勒斯的大型火山群，是天然高温煅烧后形成的白榴火山灰。对比后很容易发现，唯一的区别是古罗马用“生石灰+火山灰”代替了现代的水泥。 现代的水泥主要是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后高温煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏或其它混合材料磨细而成，其主要成分是硅酸钙。 现代普通硅酸盐水泥加水搅拌后的反应是：硅酸钙 + 水 → 水化硅酸钙 + 氢氧化钙，反应迅速。其中有用的是前者水化硅酸钙，它提供了结构所需的强度，而氢氧化钙是个附带生成物，不但在强度贡献上起不了什么作用，而且先天骨质疏松，容易导致砼渗漏、开裂等，各种不省心。 古罗马的水泥呢？这得分两步，首先是生石灰+水→ 氢氧化钙；接下来是一个超级漫长的化学反应：氧化硅（火山灰）+ 氢氧化钙 + 水 → 水化硅酸钙。反应时间有多长？很慢，很慢，想要得到最终的龄期强度在不掺加任何催化剂的情况下可能要数月之久。注意这里说的是龄期，不是凝固时间。 通过对比我们可以发现：现代水泥反应时间极快，而古罗马水泥反应时间极其的漫长，但古罗马水泥通过漫长的反应时间，将附带的氢氧化钙转化成了有用的水化硅酸钙，这也就解释了为何历经千年其耐久性较好的特点。还有很重要的一点，古罗马由于在水泥高温煅烧、集配工艺、添加剂改良等技术方面的缺乏，导致加工的砼质量参差不齐，砼强度普遍较低，这从当代国外学者和研究机构相关的试验研究结论可以得到充分印证。 03 结论：走下神坛的古罗马砼，并非是“遗忘” 首先得肯定古罗马人的杰出贡献，火山灰砼的应用是史无前例的创举，万神殿就是很好的实例证明，在当时纯采用石砌结构的工艺很难实现如此恢宏的跨度空间。它最大的优点体现在耐久性，历久弥坚而受人称道。 万神殿的大跨度球体结构 万神殿内部大跨度空间结构 但它有几个明显的缺点：一是强度提升的太慢，龄期太久，用砼作为材料建筑周期太过漫长，建设者得有足够的心理准备，千万不能有急功近利的思想，否则……；二是强度普遍相对低，这也就让人瞬间明白了万神殿为何要6米厚的墙；三是外观巨丑陋，不能直接作为外露面装饰面，古罗马人为何热衷于转砌或石砌+砼填充的工艺？在看到斗兽场一排排的饰面孔洞，亦或是卡拉卡浴场遗迹大理石装饰的砼墙面，你就明白了。 万神殿超厚的砼墙体结构 斗兽场的排状孔洞 卡拉卡拉浴场遗迹中大理石装饰的混凝土墙面 古罗马砼去神化以后，它的失传也就没那么难理解了。在当年看来，由于采用浇筑而非砌筑，一是曲面拱形结构建造施工更为方便，对操作人员技术含量要求低，二是使结构整体性更强，这是它的优势，但仅限于此；它的劣势除了上述提到的几点，还有取材受限、加工工艺也更加繁复一些。 古罗马时期的建筑墙体砌筑工艺，外包砖模，内填砼 古罗马砖砌+砼填充工艺遗迹 戴克里先浴场，明显的砖砌+砼填筑 从另外一个角度来讲，古罗马帝国是奴隶制社会，所以人力成本对于统治阶层的贵族来讲几乎是零。砼技术与拱券技术最大的区别在于，拱券技术是门技术活，需要技艺高超的工匠来完成，而砼这一苦力脏活累活则更适合于大量没有技术含量的奴隶去做，所以贵族富人们乐于推广使用。 但在西罗马帝国消亡后，形势发生变化，西欧由此缺少这种大规模砼结构使用的需求和动力。而东罗马拜占庭则有中亚高超的砖石拱券技术，故而继续发扬光大走上了老路，自此古罗马砼技术消失在了历史的长河之中。所以，与其说是失传或遗忘，不如说是被社会、经济的变革以及技术的创新所淘汰。 |
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