1.1 水泥材料的发展历程

在中国古代建筑的形成和发展中，早期的人们喜欢住在洞穴和棚屋中。随着时代的发展，人类逐渐从自然生存状态走向社会文明阶段，学会制造工具获得生活所需。运用天然木材建造房子已经是这一时期古代房屋建造的主要方式。但由于天然木材易于起火和易于腐烂，最终能够保存在中国古代历史上的建筑文物屈指可数。而在这一时期，木材建筑资源还比较匮乏的一些西方国家，比如，埃及只好直接使用天然石头作为建造材料，直接进行石制房屋的设计和建造活动。在不断的研究和实践中，石制建筑中所使用的混凝土和黏合剂技术应运而生。古埃及人使用石灰和石膏等自然界中的材料制作出黏合剂来建造金字塔，古罗马人在石灰和沙子的混合物里掺进碎石子制造出混凝土。进而这种混凝土和黏合剂被早期的古希腊人发现并继续研究和使用，并逐渐在实践中被罗马人进行了改良后推广，最终这一时期颇具创造力的古罗马人发现用火山灰、石灰和水等材料掺和在一起进行的化学反应，最先发明并制造出了水泥。将混合物应用在许多壮观的建筑物上，使其变得更加坚固，像古罗马圆形剧场，但是这种方法并没有流行起来。

水泥工艺的发明完全离不开独特的自然地理条件和历史文化的影响。例如，意大利的地理位置极其特殊。领土大部分位于地中海沿岸，三面临海，而且被陡峭的地中海沿岸的山脉包围着，北阿尔卑斯山则将其与整个欧洲大陆完全阻隔开来。由于南北地形狭窄，意大利就如同延伸入地中海的靴子一样。它不仅是历史悠久的古代文明国家，而且还是一个真正矿产丰富的山地国家，其中山区占意大利面积的80%。例如，亚平宁半岛及周围岛屿是意大利的西西里岛和撒丁岛，许多小岛散落在地中海附近的海中。意大利刚好处于欧洲与亚洲、非洲和欧亚板块的双重压缩地带。多山地、平原和丘陵，还有许多活跃的活火山，其中就包括世界著名的活火山维苏威火山和埃特纳火山，它们是欧洲最大的活火山。由于不稳定的欧洲阿尔卑斯山和喜马拉雅火山板块带，致使在意大利历史上经常发生火山喷发的事件。火山给人们的生活带来很多苦难，但也给意大利地区的人们带来了独特的材料和财富。火山灰既可以用作黏合剂，也可以用作高级抗凝剂。

罗马帝国早期时候，聪明的罗马建筑工人创造性地开发和使用大量的火山灰烬和本地的黏土应用在建筑工程中。实际上，火山灰的主要化学成分富含黏土和硅酸盐等矿物，这些地下熔岩的细粉自然状态下并没有硬结性。但是，基于不断的研究和实践经验，如果将火山灰和黏土充分混合，则在倒入水中后将成为具有强防水粘合力的防水建筑材料。这种防水建筑材料实际上不会在水中软化，也就是说，它可以保持稳定的固态防水状态，并且可以完全应用于水下建筑活动。但是，火山灰作为建筑材料并不那么容易和方便，使用它的时间非常有限，而且毕竟不是在任何地方都能任意找到火山灰的。因此，在通常情况下，人们生活中最常用的防水建筑材料仍然是黏土和石灰。石灰是一种易于取得的防水建筑材料的原材料，在今天科学家的视野中显得非常合适。得益于优质的材料，古罗马建筑工人始建于公元2世纪的万神庙（图1.4），它的基底是规矩的圆形，直径尺寸与圆顶距离地面的高度都是43.3米，曾是现代结构技术出现以前世界上室内空间跨度最大的建筑。如此大跨度的穹顶建筑，即使在今天也是十分了不起的。

此时，利用了火山灰材料作为稳定的建筑结构材料仍然处于人类利用水泥材料的初期阶段，但人们开始认识到其在建筑装饰艺术中的用途和价值。欧洲艺术史使我们能够清楚地学习和了解到，古希腊和古罗马文明登上人类历史舞台时欧洲大陆及周边地区的差异性。这种差异，带动西方世界文明的发展，实现了欧洲文明的进步，也实现了东西方文明的相互交流，成为世界文明融合发展的重要桥梁，这一切都与古代罗马帝国发展分不开关系。尤其重要的是，当罗马征服了整个希腊，而罗马人对于希腊一切传统文化的理解和崇拜都到达了一个新的极致之后，罗马人就开始把罗马和希腊的古典文化艺术结合形成了自己的传统文化。于是，罗马的发展也成就了对希腊传统文化的发展和传承。尤其是在罗马时期建筑物的建筑结构、装饰艺术等方面，古代罗马已经发展出遵循希腊遗风、体系的建筑风格和雕塑艺术流派，并在建筑和装饰雕塑方面创造性地发展了自己的建筑艺术特征。在美学的发展领域，继承了希腊文化的人体美学精神，并不断追求对人体个性的发展和解放，最终目标是将实用性与艺术性在现实主义基础上结合起来，并且沿袭与发展希腊建筑艺术的特征。例如，在希腊发达的建筑和雕塑艺术文化的早期，它主要代表作品内容是以古希腊神话为中心题材。经过斗争，基督教文化的兴起和发展使建筑的装饰转变成以基督教文化为中心内容的主题。从那时起，在许多欧洲国家中基督教文化逐渐发展到中世纪时期，并相应地创造、形成教堂建筑、装饰和雕塑等艺术。基督教教堂的建筑形式和教堂建筑的装饰性雕刻艺术已逐渐成为许多国家建筑艺术的表现重点和主题。文艺复兴时期的古典建筑通过各类装饰物、人体雕塑进行外部装饰，成为这一时期建筑、艺术走向鼎盛时期的标志。

建筑艺术中的雕像通常有以物象的形式再现，如以政治、宗教中人物形象再现，而也仅仅作为建筑中某个形式或者种类的附属品再现。但这些雕像给个体或者建筑物本身赋予生命的力量，这一时期的希腊建筑艺术、雕塑和装饰艺术通常与希腊美学思想结合在一起。追溯到古希腊时代，整个希腊，包括希腊半岛和附近的岛屿以及小亚细亚西海岸地区，都拥有色彩艳丽的大理石和黏土。在此期间，希腊雕塑或建筑艺术获得了良好的发展与飞速的进步。希腊建筑和其他建筑艺术作品的主要材料——大理石和黏土，逐渐成为结合希腊建筑和雕塑作品的最佳材料。然后在希腊建筑艺术的影响下，其他欧洲各国也逐渐开始大量使用了石头和黏土等材料作为建筑艺术雕刻的最佳创作材料。法国伟大的浪漫主义作家维克多·雨果（VictorHugo）将法国巴黎圣母院教堂的雕塑形容为“石头的交响乐”。如同整个希腊伟大建筑一样，巴黎圣母院的墙壁到教堂的屋顶，每道大门的门楣装饰到每一条窗棂装饰的墙体，都使用大量的大理石、花岗岩石头和黏土在这些墙体的雕刻中。希腊和罗马时期雕刻的装饰材料组成主要使用石灰石、大理石、青铜、黏土、木材、黄金等。有时也还运用到了铁。而在那么多种的材料中，青铜质的雕塑多遭熔铸，铁质的雕塑多因受到雨水锈蚀而逐渐变得脆弱失去原有的光彩了，保存完好下来的仅有那些以白色的石料水泥作为装饰材料的建筑和雕塑作品。而这些石灰石的材料经过不断的煅烧、研磨和筛选等工序，最终制作出古代水泥材料，其不仅降低了建筑工程材料的成本，而且原本耗时费力的体力劳动变得省事省力，提高了建筑活动的进程，建筑和雕塑作品保存更加长久。所以，当古代罗马人开始意识到自身独特的地理、矿产资源的优势，不断地在火山灰材料研究和创新上努力时，他们开始进行大量的建筑活动和创作了大量优秀的雕塑艺术与作品。火山灰的材料一般来说是灰色的，但在古代欧洲传统文化精神和艺术世界中，他们一直认为这种白色水泥可以代表圣洁、不可侵犯，因此，在当今遗留下来的许多古代建筑和雕塑作品中，用水泥建造的建筑和创作完成的雕塑基本上已经是白色的，白水泥和普通水泥的原料制造过程，制造工艺基本相同。但由于原材料并不相同，化学成分主要包含氧化铁。因此，白水泥的金属氧化作用在原料组成上有所不同，铁含量仅为普通水泥的十分之一。另外，在生产中必须严格控制普通水泥中所含的锰，铬和其他金属氧化物的钢铁含量。

从古至今，石灰已经被人类广泛使用数千年之久。自从古罗马帝国被毁之后，这种煅烧技术逐渐地从人类社会记忆中消失了，直到公元1756年，英国建筑工程师约翰·史密斯（JohnSmith）将石灰石和黏土按一定比例混合，最终重新发明出了这种水泥，这一古老的石灰石和建筑材料烧制技术作为一种防水硬质水泥才能成功地重新回归到现代文明社会中来。它本身的优越性能迅速传播到欧洲各地，并成功地吸引了许多建筑师青睐和房地产商人的极大关注。人们不断模仿这种制作水泥的方法，收到很好的成效。时间到了公元1820年左右，英国苏格兰建筑师约瑟夫·阿斯汀（JosephAsptin）开始改进史密斯的制造水泥的方法。他研究发现古罗马人会加强煅烧石灰的附着力，并在煅烧石灰中添加大量的灰分，而煅烧石灰实际上是高温熔化后的天然产物。经过切屑直接磨成粉末，几乎像火山灰一样。因此，他再次尝试，效果非常好。他认为，在高温燃烧之后，从高炉的煤气中熔化的热煤熔炼而成的黏土渣等也可能具有类似的性质和功能，经过努力他的试验完全证实了这一点。基于反复实验的结论，约瑟夫·阿斯汀于1824年最终得出结论，各种建筑材料（例如石灰，黏土和矿渣）之间进行合理比例的搭配，可获得理想的水泥材料。此后，他设计了一种用于水泥混合料生产的建筑生产方法，水泥混合料是一种含水的硬质水泥，并且一直提倡将该技术作为可以制造“艺术石”的建筑生产方法。约瑟夫·阿斯汀申请了建筑材料发明专利，通过本发明的方法制造的建筑材料，就是今天被广泛称之为“水泥”的建筑材料。经过高温硬化后，约瑟夫·阿斯汀发明的水泥的各种颜色和强度与当时在英格兰的波特兰群岛上生产的十分相似，因此后来被更名为“波特兰水泥”（PortlantcementGeneralCement）。它具有出色的质量和性能，在世界水泥的历史上也具有重要意义，至今仍在使用。在中国，曾将水泥译成“Shimintu”、“波特兰”或“水门汀”，或称其为“洋灰”。

在英国建造历史中，首次大规模应用波特兰水泥是在英国本土建造了洞穿泰晤士河的波特兰隧道工程中。从那时起，波特兰水泥在英国和世界范围内快速传播和广泛应用，1840年和1855年法国和德国分别于建立了波特兰水泥制造厂。今天，水泥已逐渐成为现代建筑和人类生活中必不可少的建筑材料。因其本身超强的延展性、可塑性和非凡的稳定性，水泥已被广泛用于社会生活的各种建筑活动领域。例如，在18世纪初期，一些苏格兰房屋的烟囱图案装饰有水泥的身影，烟囱的装饰图案主要由纯几何形图案，还有具象的花朵和水果组成的生活场景图案，甚至包括一些人物形象，如裸体女性和天真的儿童形象等。花卉纹样对称的卷曲变形，向两侧卷并逐渐延伸发展；两束玫瑰微微下垂，两束流苏垂下；两只羊角造型杯似乎盛满果实，满得要倒下来。或是长方形圆柱上有一个胶囊形图案基底形状，上面有裸体妇女和儿童浮雕图案。上面的图案和装饰似乎是为了一个特别的庆典而临时装饰起来的，但这些临时的图案和装饰逐渐成为一种永久的美化，使得这些手工制作的产物带着当时生活和欢乐的场景在这个世界上永远成为永恒。当时，古代罗马应该是世界上、也是最早用水泥手工装饰建筑的国家，但是由于罗马人追求完美的秉性，最初粗糙的手工水泥装饰和砖饰面没有达到罗马人满意的程度，逐渐在装饰表面进行二次的装饰，通过使用大理石和其他材料丰富水泥砖和马赛克等材料。但后来，罗马人的手工水泥砖技术随着战争和人口的流动变化逐渐进入西班牙等地中海周边地区，逐渐迎来了手工水泥砖的装饰艺术繁盛发展阶段，西班牙地中海地区的砖石迅速发展风靡一时，而相关水泥砖的生意往来遍及全球。

伴随着建筑时代的发展与进步，水泥在现代主义建筑设计中应用不断拓展，吸引了大批的专业人才进入到现代主义设计风格的探索中，如建筑设计、艺术创作和材料学等研究领域，为近年来水泥的应用和建筑装饰艺术更进一步的研究、发展与应用创造了一个更好的生态环境。从19世纪中叶的英国开始，西方的建筑界对于水泥工艺与材料技术进行的广泛探索与应用研究，世界各地的现代主义建筑大师对于水泥材料的喜欢程度不言而喻，而且其创作作品的表现形式各具特色，表现不俗。水泥在建筑材料的艺术表现力也在实践中获得了更大的拓展，并且逐渐成为近年来在现代主义建筑中应用领域最为活跃的建筑材料之一。随手翻看世界各地的建筑类书籍和杂志，我们都有可能为其中精彩绝伦的建筑作品和水泥的神奇力量所惊叹。因为，水泥材料是那么得心应手的建筑材料，在作品中已经被人们赋予越来越多的建筑精神文化内涵。

自20世纪初法国开始，人们就对传统水泥材料进行了各种实验研究和工程实践，并在现代建筑工程中和流体力学相关研究领域确立了它的重要作用和地位。在国际功能主义设计风向的主导下，逐渐剥离了各种材料和传统水泥建筑材料表面上的装饰元素。例如，法国建筑师和结构工程师勒·柯布西耶（LeCorbusier）和其他建筑师为代表，长期以来一直在寻求建筑与装饰一体性的表达方法，以利用水泥的流动性和可塑性来整合传统水泥建筑材料自身的装饰。以及利用各种物理和化学特性，例如干燥后的强度，对创造传统水泥材料装饰形状的各种独特可能性的追求，表现出了传统水泥各种饰面的“新精神”。

水泥在为建筑提供了新的装饰手段。如可以制作水泥花砖，例如国内20世纪20年代开始出现了罗鸿益花阶砖厂、何聚兴花阶砖厂、南华花阶砖厂、粤东花阶砖厂与美而美厂等，都生产花阶砖。国内生产的花砖重视精料、颜色、质感和坚固耐用的质量，曾用于商厦、宾馆和办公楼等建筑地面铺设。

在我们的生活中，城市公共场所的雕塑、设施、小品等都存在水泥的身影，真正成为被社会广泛认同和应用的建筑材料，现在水泥材料已经成为一种不容小觑的艺术材料，如果在生活中忽视水泥的艺术存在，或许就错过了一种特殊的生活美好。