中國古代建築優良,有複雜精巧的木結構,還有秦磚漢瓦能久經考驗,還有低調頑強的夯土磚牆。這些建築物料整合一起,其實需要「黏合劑」,各種建材才能緊密結合,組成一座堅固的建築。考古發現顯示,中國在商代以前使用的「建築黏合劑」主要是拌上草的黃泥漿,到了周代起,就逐漸被石灰取代。
到了公元5世紀的南北朝時期,又開始流行由石灰、黏土和沙子組成的「三合土」。這三樣東西按一定比例加水混合,就會互相黏合,乾燥後異常堅固。三合土既可當黏合劑,又能用來直接修築城牆、陵墓等工程。這個配方在日後的千多年間幾經改良,直到20世紀仍在使用。
作為黏合劑的「三合土」,沙子顆粒始終都粗糙,影響黏合強度。相比之下,西方的古羅馬人利用豐富的火山灰,與石灰、沙子加水混合,製作了堅固混凝土。但是,中國也有一種來自植物的秘密武器-糯米。
糯米早在先秦時期便已是中國南方的重要糧食,北方稱為「江米」。與普通稻米不同,糯米煮熟後會特別黏糊糊的,脫水乾燥後又變得硬邦邦。古人就觀察到這個特質,將糯米用於建築。在2010年,中國科學家張冰劍的團隊研究發現,距今大約1500年前,古代中國的建築工人,會將糯米湯與標準砂漿混合,發明了超強度的「糯米砂漿」。
標準的砂漿成分是熟石灰,即經過鍛燒或加熱至高溫,然後放入水中的石灰岩。據研究指,糯米砂漿也許是世界上第一種使用有機和無機原料製成的復合砂漿。糯米砂漿比純石灰砂漿強度更大,更具耐水性。張冰劍還認為它是歷史上最偉大的技術創新之一。
工匠會先煮爛糯米,將漿汁倒入三合土攪勻,製成灰漿。待其乾燥後,比純粹用水混合的三合土灰漿強度更大、韌性更好,還具備優良的防水性能。用糯米灰漿黏合的磚石建築,往往結實耐久,堅固異常。泉州建於唐宋時期的多座古塔、古橋,挺過了7.5級大地震;建於明代的南京、西安、荊州古城牆,歷經600多年仍巍然挺立;明代南京徐埔夫婦墓1978年被發掘時,鐵鏟、鋼釬、推土機、挖掘機都很難破開墓室,可見古建築物非常堅固。
科研團隊表示,糯米的黏性來自它們的主要成分「支鏈澱粉」。跟石灰混合的時候,支鏈澱粉會與其中的碳酸鈣發生「生物礦化」,有機的澱粉與無機的石灰相互包裹、填充,形成了密實的微結構,兼具強度和韌性。同時石灰的防腐作用也能抑制澱粉腐敗,使灰漿保持耐久。
據了解,到了宋元時期,糯米灰漿的使用成熟。北京故宮、明長城、承德避暑山莊、清東西陵、錢塘江海塘等明清工程,建造中都使用了糯米灰漿來黏合磚石,數百年來仍大致保持完好。不過使用糯米灰漿的建築,也主要限於不惜工本的大項目。雖然糯米易求,但糯米作為大眾主要口糧之一,加上產量很受大自然的影響,因此糯米灰漿一直沒能像泥漿、石灰漿一樣得到廣泛使用,只能說是典型高檔奢侈品,小規模的民房建築都甚少使用。就連明成祖遷都後修建的北京城牆,也沒使用糯米灰漿。