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北京故宫、明代长城长年不倒之谜 糯米成最大功臣

中国古代建筑优良,有复杂精巧的木结构,还有秦砖汉瓦能久经考验,还有低调顽强的夯土砖墙。这些建筑物料整合一起,其实需要“黏合剂”,各种建材才能紧密结合,组成一座坚固的建筑。考古发现显示,中国在商代以前使用的“建筑黏合剂”主要是拌上草的黄泥浆,到了周代起,就逐渐被石灰取代。

长城几经修补增建,迄立不倒 (资料图片)

到了公元5世纪的南北朝时期,又开始流行由石灰、黏土和沙子组成的“三合土”。这三样东西按一定比例加水混合,就会互相黏合,干燥后异常坚固。三合土既可当黏合剂,又能用来直接修筑城墙、陵墓等工程。这个配方在日后的千多年间几经改良,直到20世纪仍在使用。

作为黏合剂的“三合土”,沙子颗粒始终都粗糙,影响黏合强度。相比之下,西方的古罗马人利用丰富的火山灰,与石灰、沙子加水混合,制作了坚固混凝土。但是,中国也有一种来自植物的秘密武器-糯米。

糯米早在先秦时期便已是中国南方的重要粮食,北方称为“江米”。与普通稻米不同,糯米煮熟后会特别黏糊糊的,脱水干燥后又变得硬邦邦。古人就观察到这个特质,将糯米用于建筑。在2010年,中国科学家张冰剑的团队研究发现,距今大约1500年前,古代中国的建筑工人,会将糯米汤与标准砂浆混合,发明了超强度的“糯米砂浆”。

明徐光启的《农政全书》有讲以糯米用于建筑之中 (网上图片)

标准的砂浆成分是熟石灰,即经过锻烧或加热至高温,然后放入水中的石灰岩。据研究指,糯米砂浆也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。

福建土楼也有以糯米作建筑材料 (网上图片)

工匠会先煮烂糯米,将浆汁倒入三合土搅匀,制成灰浆。待其干燥后,比纯粹用水混合的三合土灰浆强度更大、韧性更好,还具备优良的防水性能。用糯米灰浆黏合的砖石建筑,往往结实耐久,坚固异常。泉州建于唐宋时期的多座古塔、古桥,挺过了7.5级大地震;建于明代的南京、西安、荆州古城墙,历经600多年仍巍然挺立;明代南京徐埔夫妇墓1978年被发掘时,铁铲、钢釬、推土机、挖掘机都很难破开墓室,可见古建筑物非常坚固。

科研团队表示,糯米的黏性来自它们的主要成分—支链淀粉。跟石灰混合的时候,支链淀粉会与其中的碳酸钙发生“生物矿化”,有机的淀粉与无机的石灰相互包裹、填充,形成了密实的微结构,兼具强度和韧性。同时石灰的防腐作用也能抑制淀粉腐败,使灰浆保持耐久。

 

台湾嘉义糯米桥具有百年历史,历经大地震、台风及洪水冲袭,仍屹立不倒 (网上图片)

据了解,到了宋元时期,糯米灰浆的使用更趋成熟。北京故宫、明长城、承德避暑山庄、清东西陵、钱塘江海塘等明清工程,建造中都使用了糯米灰浆来黏合砖石,数百年来仍大致保持完好。不过使用糯米灰浆的建筑,也主要限于不惜工本的大项目。虽然糯米易求,但糯米作为大众主要口粮之一,加上产量很受大自然的影响,因此糯米灰浆一直没能像泥浆、石灰浆一样得到广泛使用,只能说是典型高档奢侈品,小规模的民房建筑都甚少使用。