8月24日，笔者介绍了现存最大的古罗马建筑群遗址，巴尔贝克神庙。部分读者将石砌和混凝土的穹顶混淆。本文以万神殿为例，介绍古罗马混凝土技术。它的穹顶直径达43.3m，是全世界从古至今最大的天然混凝土穹顶。
图：万神殿鸟瞰
01 古罗马混凝土介绍
一、成分和优点
古罗马的混凝土是一种天然混凝土，主要成分是一种活性火山灰，加上石灰和碎石之后，凝结力强、坚固、不透水。
图：白、红、灰褐、黑色火山灰
它与石材相比的优势在于：1、原料的开采和运输比石材廉价方便。罗马城周边的波佐利、维苏威、阿尔班山等地区的火山提供了优质火山灰和浮石等材料。2、它可以用浮石等轻质石材的碎石作骨料，节约石材并减轻结构重量。3、它可以大量使用奴隶，相比用石块砌筑券拱，需要的专门工匠更少。它与现代混凝土相比，虽然强度稍弱，但耐久性强得多，许多建筑历经2000年依然保存较好。
图：庞贝城附近的维苏威火山
二、起源和发展
最初用它来填充石砌的基础、台基和墙垣砌体里的空隙。约公元前2世纪开始成为独立的建筑材料。到公元前1世纪中叶，天然混凝土在券拱结构中几乎完全排斥了石块，从墙脚到拱顶是天然混凝土的整体，大大促进了券拱结构的发展。
三、施工技术
（1）混凝土拱和穹顶
公元2-3世纪，混凝土的拱和穹顶的跨度已相当可观。在浇筑混凝土筒形拱前，每隔60cm左右，先用砖砌券，两券之间用若干砖带连接，于是把拱顶划分成许多小格，每小格内使用木制模板，将混凝土浇进小格里，同砖券凝结成一个整体。
这样做的好处是：1、混凝土在浇筑过程中不会在拱的两侧向下流动。2、混凝土分了块，收缩均匀，不致产生裂缝。3、可以分段浇筑，便于施工。4、砖券分段承重，可以使用较薄的木模板，节约木材。
（2）混凝土4瓣穹顶
节约木模板的另一项措施是使用若干个更小的，覆盖方形平面空间的4瓣穹顶来代替单一的筒形拱，逐个浇筑。它促进了建筑平面的模数化。公元前80年罗马市中心广场旁的行政大厦就采用了这种结构。
图：4瓣穹顶
（3）混凝土墙体
混凝土墙体内外侧均以砖、石为模板（通常不使用木模板），浇筑后模板不拆除，成为墙体的表面。为了支承沉重的拱顶和穹顶，抵御它们的侧推力，墙垣很厚，可厚达几米。
混凝土的墙，起初是内外两面先各砌一道石墙，把混凝土浇筑在当中。后来，为了节约石材，将厚重的石墙改成了一层不规则或规则的方锥形石块排满表面，尖角朝里，混凝土固化后，它们就形成了墙体的表面。为了便于施工，之后又改用更容易制备的薄砖作为模板，在其间浇筑混凝土。砖厚2.4-4.5cm，呈等腰三角形，仍然是尖角朝里，以加强和混凝土的结合。
图：在不规则方锥形石块间浇筑的混凝土墙
图：在规则的方锥形石块间浇筑的混凝土墙
图：在等腰三角形薄砖间浇筑的混凝土墙
在石和砖的表面之外，再作装饰面层。早期是抹火山灰，灰里掺大理石碴，可以磨光。公元前1世纪末，渐渐流行用大理石板贴墙面。先用铜钩子把大理石板同墙体连接，然后在缝隙内灌砂浆。最初的大理石板厚达10~20cm，到公元2~3世纪厚度可达2.5cm以下。
02 万神殿：古罗马混凝土的巅峰之作
一、建造历程
（1）始建
公元前27-25年，为纪念奥古斯都（屋大维）打败安东尼和埃及艳后（克里奥帕特拉）并建立罗马帝国，由他的副手阿格里巴主持，在罗马城建造了万神殿，献给“所有的神”。这是一座传统的长方形庙宇，有深深的前廊，公元80年焚毁。
（2）重建
120-124年，热爱建筑设计的哈德良皇帝（117~138年在位）重建了万神殿。采用穹顶覆盖的集中式形制，平面为圆形，穹顶直径达43.3m，顶端高度也是43.3m，象征天宇。它中央开一个直径8.9m的圆洞，寓意神和人的世界的联系。从圆洞进来柔和的漫射光，照亮空阔的内部，有一种宗教的宁谧气息。
图：万神殿剖面、平面、柱式
二、建造技术和方式
（1）混凝土穹顶
穹顶的材料为混凝土和砖，使用木制模板。先用砖沿球面砌几个大发券，再浇筑混凝土。为了减轻重量，穹顶越往上越薄，下部厚5.9m，上部厚仅1.5m并用浮石做骨料。
穹顶内面抹灰，有五圈深深的凹格，每圈28个，越往上凹格越小。凹格不仅减轻了穹顶的重量，通过纵横交错的肋条增加了结构强度，还划分了半球面，使它的尺度和墙面统一。浇筑凹格时使用预制的木模板，模板的形状就是一个凹格的形状。
穹顶的外面原本覆一层镀金铜瓦，655年被拜占庭皇帝康斯坦士二世抢去。8世纪时，教皇格里高利三世用铅瓦把它覆盖，并保留至今。
图：穹顶内面仰视
图：穹顶外部俯视
（2）混凝土墙体
万神殿的墙体和基础也是混凝土的，用凝灰岩和灰华石做骨料，墙体主要用砖块做模板。墙厚6.2m，每浇筑1m左右高度，就砌1层大块的砖。基础深4.5m，底厚7.3m。墙体内面沿圆周发8个大券（7个做壁龛，1个做大门），减轻了基础的负担。
图：万神殿墙体和穹顶剖面
（3）内外墙装饰
外墙面划分为3层，下层原本贴有白大理石，上两层抹灰。顶层墙体加高，包住穹顶的下部，以减少穹顶侧推力的影响，但也导致穹顶的外观没有完整地表现出来。内墙面贴15cm厚的大理石板，墙面的分划、装饰的壁柱和壁龛，尺度和谐，色调沉稳。地面铺彩色大理石板。
图：外墙现状
图：内墙现状
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03 古罗马混凝土技术的衰落
4世纪后，奴隶制已临末期，奴隶急剧减少，技术水平和积极性更高的工匠大量替代了奴隶，需要大量粗笨劳动力的天然混凝土逐渐衰落。
券拱结构在新的生产关系的推动下，产生了早期的肋架拱。它的基本原理是把一个拱顶区分为承重部分和围护部分，并且把荷载集中到拱券肋上以摆脱连续的承重墙，从而大大减轻结构重量，节约石材和模架，获得经济效益。然而，当时罗马已经很没落，建设规模很小，肋架拱的新技术来不及推广和改进，直到欧洲中世纪的建筑中才大大发扬。
图：肋架拱
04 古罗马混凝土和石砌建筑外观区分
最后回过头来对比万神殿的混凝土穹顶和巴尔贝克神庙群的石砌半穹顶。
万神殿穹顶内表面和墙体外表面原本都采用抹灰装饰，将穹顶内侧木模板脱模后不平整的表面、外墙粗糙的砖石表面进行遮盖和美化。如今外墙的抹灰已严重脱落，露出薄砖。如此大体量建筑的承重墙体通常不会只用这么薄的砖块砌筑，它们仅仅是浇筑混凝土的模板。
图：外墙抹灰脱落，露出薄砖表面
巴尔贝克神庙群的半穹顶则能够看出石块砌筑的特征，石块之间的缝隙明显。砌筑穹顶的石块需要较高的加工精度，其本身较美观，通常不会采用抹灰。砌筑穹顶通常也不会使用混凝土砌块，因为混凝土的优势就在于整体浇筑，制作混凝土砌块本身需要消耗较多模板和人力，不如直接使用砖石砌筑更经济高效。
图：巴尔贝克神庙群的石砌半穹顶
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作者简介：
985高校顶尖建筑系本科、硕士，曾修读中外建筑史、艺术史；欧洲某高校全球排名前100建筑系硕士，主攻乡土建筑、建筑文化遗产认定、研究与保护。