其坚如石的中国古代三合土

在中国古代,常常用三合土来筑墙、做基础、做坟墓封土等。古代三合土除了使用石灰和土之外,有些还掺有糯米、蛋清、红糖、动物血、桐油、植物汁液、白矾等“添加剂”。

古代中国人怎么定义三合土?在历史文献上,明《天工开物》中记载:“用以襄墓及贮水池则灰一分入河砂,黄土二分,用糯米、羊桃藤汁和匀,经筑坚固,永不隳坏,名曰三合土”。清《宫式石桥做法》中说:“灰土即石灰与黄土之混合,或谓‘三合土’;灰土按四六掺合,石灰四成,黄土六成。”

中国人使用三合土的历史是久远的。在甘肃省秦安县大地湾仰韶晚期文化遗址的F建筑的地面就使用了三合土。

F建筑的地面

年10月,广西上思县思阳镇广元村出土了明代三合土棺椁:外部为三合土所做的外椁,内部为木质棺。较大的一具棺椁外观尺寸约为厘米、厘米、厘米。

广西上思县出土的三合土棺椁

著名的福建土楼的墙体为三合土夯筑而成,并在墙土内有竹片或松木做加强。

福建土楼墙体

这样的例子不胜枚举,就不一一列出。

很多人,包括一些专家学者说中国古代三合土“其坚如石”!从现代研究者对古代三合土的实物取样研究成果,以及对古代三合土仿制研究成果上来看,结果也不尽一致。笔者试着从表面硬度和抗压强度的视角来探究一下这种三合土的性质。

首先是表面硬度。从表面硬度的测试方法上看,现代研究者都使用了邵氏A硬度计对三合土(包括掺有糯米、蛋清、红糖等)进行测试。从测试结果上看,表面硬度为20~99HA,与塑料、橡胶制品的硬度大致相当,与“坚石”和现代混凝土还是比不了(注:邵氏A硬度计不适用测试这两种材料)。但是也有论文称古代三合土的硬度有HA!这当然是不可信的!要知道邵氏硬度最大也不过。

古代三合土的抗压强度如何?

现代研究者的试验方法和试块尺寸不同,得出的抗压强度的数据也不同。抛开这些,光从数字上说,最小的抗压强度为0.3MPa,最大的为51MPa!对笔者来说,三合土有51MPa的抗压强度是惊人的,这是高强混凝土的强度!笔者在此深表怀疑!笔者建议对三合土的抗压强度试验可按现行《土工试验方法标准》中的无侧限抗压强度试验的规定来做。无论如何,三合土的抗压强度也不可能超过现代普通混凝土的抗压强度。

三合土的强度是怎么形成的呢?

三合土具有强度的成因在现在看来,一般认为主要是因为消石灰(成分是氢氧化钙)与土、砂和骨料中的矿物产生胶凝反应,生成硅酸钙和铝酸钙,并把未反应的颗粒包裹和胶合成了一个整体。在此之外,也发生了氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙结晶以及氢氧化钙自身结晶等。结晶对强度的提高也有一定的作用。有研究表明,添加糯米浆使碳酸钙结晶相对比较均匀致密,使抗压强度有所提高。但蛋清、红糖、动物血、桐油、植物汁液等对抗压强度的提高不起作用,只对如防水、抗冻融等有辅助作用。

看来,三合土中添加石灰是使土增加强度的一个主要原因了。




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