我國傳統土木建築是技術與藝術的完美統一 。作為決定建築好壞首要因素的技術，如傳統的土工、木工、石雕等，是打造建築呈現藝術的保障。而伴隨古建一路高歌的諸多技術中，有一個細項很容易為人忽略，就是"膠凝技術"。
晚霞中的長城，青磚砌築
什麼是“膠凝技術”？不妨先以膠凝材料水泥為例來說明。現代水泥誕生約200年，是粉狀水硬性無機膠凝材料，加水攪拌後成漿體，能在空氣或水中硬化，並能把砂、石等材料牢固地膠結一起。
水泥的這種能力，就是"膠凝"。那麼，在科技並不發達的古代，沒有水泥，人們是怎樣解決建築建材的膠凝問題呢？
古代的“膠凝技術”與現代水泥的"膠凝"顯然不同，雖然二者的技術及材料不同，但是古代“膠凝技術”呈現的效果，似乎並不比水泥差。而且它是古人匠心獨運的工藝“結晶”，蘊藏著厚重的歷史情愫。
現代用水泥砌磚牆
那麼，古代"膠凝技術"究竟為何物？
古代“膠凝技術”，能將眾多材料膠結一起，形成牢固整體的一種建造材料及技術。確切地說，這是一種能夠有效膠凝材料的技術，被用在土石磚工程，如城牆、宮殿、民居、陵墓、塔樓、堤壩等，或用於土石沙混合，或構砌青磚。
01 古代“膠凝技術”及材料演進，經歷了從小到大、從弱到強、從單一材料到多元複合的轉變，終於伴隨傳統土木輝煌，在明清時期登上巔峰
沒有水泥的傳統時代，人們為了建造家園城池，當然也需要相應的材料和技術。那麼，跟隨傳統建造的主線，古代“膠凝技術”就呈現為一條清晰的發展支線。
首先，人類文明早期的兩種膠凝材料：（1）天然姜石磨碎磨細的白灰面，考古發現5000~7000年前的新石器仰韶文化時期，它被用來塗抹洞穴四壁與地面，效果堅硬且光滑；（2） 泥加水混合，含一定量的粘土粒子，遇水有黏性，可粘結草木等。
姜石
科普下何為姜石？
姜石是一種二氧化硅含量較高的石灰石塊，常夾在黃土壤中，屬於土的鈣質結核。
其次，隨著人類從洞穴棲居向土木結構建築發展，在實踐中不斷總結，人們發現泥巴加水，再加草杆或碎草，攪拌成泥漿，粘結力更好，甚至可以粘結石塊。
這就類似我們今天仍能在北方鄉下或偏遠地區看到的麥草泥，用來抹牆抹灶，還有抹炕，在牆體或灶臺表皮抹上一層，牢牢抓護著立面，具有一定防護性能。但風吹雨打，每年需要抹泥修復。唐宋之前土建盛行的時代，這其實是民間最重要的“膠凝技術”之一。
用麥秸泥抹牆的老建築
第三 ，圍繞土料的成熟運用，對材料認識愈加清晰，於是人們改進技術，出現由粘土、沙子和石灰共同構成的"三合土"，加水混合，經夯築，大力出奇跡，徹底乾燥後，無論民建官建，都十分堅固耐用。
在三合土中，有兩種膠凝材料，共同強化性能：粘土和石灰。其實，石灰屬於氣硬性膠凝材料。
何為氣硬性膠凝材料？
不同於水硬性膠凝材料既可在空氣中又可在水中硬化，它只能在空氣中硬化，才能保持和發展其強度，如石灰、石膏、菱苫土和水玻璃等；氣硬性膠凝材料一般只適用於乾燥環境，不宜用於潮溼環境，更不可用於水中。
用石灰粉的牆面，會變得斑駁陸離
過去，人們單一用石灰粉出白牆，但雨季淋刷或潮溼影響，牆面會粉化酥化乃至掉皮，就是由石灰的氣硬特性決定的。而沙子主要作為骨料配合膠凝材料完成級配。
何為骨料？
又叫集料，是三合土中起骨架和填充作用的粒狀材料。骨料分為細骨料和粗骨料。在現代混凝土中，沙子是細骨料，碎石為粗骨料。
何為級配？
粗細不同的粒徑按照一定比例組合搭配在一起，以達到較高的密實程度從而增加融合強度而進行的搭配。
採用三合土建造的典型案例，有公元413年匈奴人建造的統萬城，今為重點國保，位於陝西榆林靖邊縣，已有1600多年曆史。這片地域直到明代，都是中原農耕文明與遊牧部落交鋒的前沿，今天仍可見統萬城殘留的高出地面幾十米的雄壯城牆。土城牆能矗立1600多年不倒，可見它有多麼堅固。
女孩前方，是高大的統萬城遺址
當年，統萬城在用三合土夯築時，監工異常嚴苛，要求牆體堅硬如鐵石，若被錐入一寸，建造人就要重建或被殺頭。所以，為保證城牆堅固度，需要增加夯土牆膠凝強度，便採取"蒸土築城法"。
所謂'蒸土'，即在土中加入大量石灰，然後加水，生石灰遇水發生熟化反應，放出大量水氣，如同燒鍋水開，造成氣霧瀰漫的情形。
今天，我們看統萬城的顏色，與其他夯土城牆的土黃色不同，它更多顯現為白色，就是當初摻加石灰所致。
統萬城遺留的城牆
第四，時代發展，磚瓦燒製成熟並大量出現，開始逐漸替代夯土用於建造。先前夯土牆的強度，難以匹敵磚牆，膠凝材料更新換代勢在必行，於是“膠凝技術”也由三合土主導的土木建造隨之一變，出現更適合磚木建造的"
糯米灰漿"。
熬製糯米湯，修復古建築
無需質疑三合土的鋪墊之功，正是在長期夯土基礎上，才出現"糯米灰漿"這種膠凝材料。考古研究認為，糯米灰漿的成熟時間，大約在1500年前的魏晉南北朝時期。
那麼，"糯米灰漿"究竟屬於什麼膠凝材料？
在熟石灰及石灰岩混合物中，加入更細膩更黏性的糯米汁來改良性能，它們攪拌均勻後，即為糯米灰漿。可用來砌築灰磚建築，如明長城、城牆和民居大院；也可摻入土砂，增加夯築強度，如客家土樓的夯土牆和大運河堤壩；還可以加砂石，製成糯米砂漿。發展到後來，在砌築灰磚城牆時，更摻入桐油和明礬，以防水抗滲，並增加建築的早期強度。
拌制糯米灰漿
現代糯米汁實驗發現，糯米中含有一種增強膠凝強度的秘密成分——支鏈澱粉（多糖）。研究進一步認為：
糯米灰漿是一種特殊的有機-無機複合材料，其中的無機成分是碳酸鈣，而有機成分是支鏈澱粉，後者來自加入到灰漿中的糯米湯。此外灰漿中糯米湯作用是抑制劑：碳酸鈣晶體的生長被控制，而且產生一種緻密微結構，這是造成該灰漿良好性能的原因。
明清之際，伴隨中國土木建造達到頂峰，以糯米灰漿為代表的的古代“膠凝技術”也同時成熟，並隨之定型，明長城、福建土樓和南京明城牆等，都是非常典型的代表。
02 福建土樓的建造在明清時期成熟，千年歷史文化加上世界獨一無二的大型生土夯築的藝術成就，令它具有"普遍而傑出的價值"，入圍世界遺產名錄。無論是建造技術的成熟，還是藝術成就的取得，背後都離不開作為重要支撐的“膠凝技術”
福建土樓的“膠凝技術”，主要是通過黏土成分、糯米汁、石灰等增加土材膠凝強度，再經大力夯築，一座固若金湯的大型民居於是誕生。
福建土樓滄桑感十足的夯土牆
它堅固耐用的直觀表現，就是一眼能望到的20餘米高的雄壯夯土牆，支撐圍合著數千乃至上萬平方米佔地面積，形成巨大內部空間，可供數千人居住。
福建土樓上下五六層，每一層功能不盡相同，分為廚房、居室、糧倉等，如此大體量的建築，能夠維持數百年被人居住，的確震撼人心，而夯築與“膠凝技術”則居功至偉。
這就是福建土樓為什麼如此堅固，矗立幾百年不倒的原因。當然，除此之外的因素是多方面的，既與它嚴謹的建造技術和嚴密施工流程相關，又要基於傳統土木建造的“膠凝技術”及材料，才最終打造出百年土樓。
傳統時代工匠手藝與經驗起著重要作用，關鍵技術較少行諸文字，帶來一種秘不示人的神奇。但在千年土木傳承中，長期修煉手藝的匠人，早已沉心靜氣，面對更為巨大的土樓工程，他們有技術有耐心在不斷總結和實踐中、在人生數十年裡建造一座完美的夯土牆建築。
南靖，仍生活在土樓的人家
例如土樓挖地基，為確保基礎牢固紮實，根據經驗和實踐總結，可以花一年時間深挖地基五六米。土樓後續的夯土（包括拌土料）、木結構更是如此，均在工匠精神的介入下，才使得土樓建築蔚為大觀。而背後，毫無疑問三合土“膠凝技術”發揮了極其重要的作用。
福建土樓的夯土牆可採用三合土夯築，即粘土、砂、石灰，另外會加糯米漿或紅糖等材料。因為三合土加糯米漿混合攪拌，產生很強的膠凝效果，能有效保障土樓百年不倒、淵源流傳。
糯米漿性能的發現，來自於久遠的日常飲食，因為熬煮的糧食湯汁比較黏，而以糯米漿效果尤佳。於是，建造陵墓，工匠們就將糯米、熟石灰以及石灰岩混合，製成漿糊，填補在磚石空隙中，這就是古代高級膠凝材料"糯米灰漿"的雛形。
糯米漿，黏性十足
接著，它又從建造陵墓、寶塔，逐漸擴大到城牆、堤壩和民居，大眾化廣泛普及之後，福建土樓同樣是受益者。事實證明，人們在土料中加入糯米漿，用它建造的土樓會更堅固，即使經歷百年風雨災亂，仍能完好地留存下來，且強固如初。
福建土樓至今遺存一些殘垣斷壁，強度堪媲美混凝土，使用鋼釺都不易鑿破。如建於明初，至今約600年的馥馨樓，便牆體堅韌，先前樓內居民為出入方便，用鋼釺開小門，結果為此竟鑿了二十多天才完工。
當然，土樓建造的智慧，在於因地制宜、就地取材，它除了在夯築材料田土或三合土中加入糯米汁，還會混入其他骨料或拉結材料，如碎磚瓦、碎瓷片、貝殼、稻草等，由此攪拌混合成夯牆材料，無形中提升建築牆體的強度，實現了更好的性能效果。
03 明長城和南京明城牆，屬於當時國家督建的軍事設施和城市建築，人力、物力、財力供應充足，建造起來便更具優勢，包括採用頂尖技術和材料，“膠凝技術”就是其中之一
研究者曾在明長城的城牆黏合物中發現糯米成分。因此，與三合土加糯米漿的應用類似，糯米灰漿是構砌長城磚石的重要膠凝材料。
長城，採用糯米灰漿砌磚
需要重點提到南京明城牆，由宮城、皇城、京城和外郭城四重城牆組成，是世界最長、規模最大、保存原真性最好的古代城垣，始建於14世紀，當時動用全國28萬民工，約3.5億塊城磚，歷時28年才打造出四重城垣格局。
南京明城牆，四重城牆格局圖示
南京明城牆聲名遠播，除了它宏闊的規模體量，還有作為重要歷史文化遺產的城磚。它們來自全國各地，尺寸長約40公分，寬20公分，厚約10公分，燒磚所採用的土質多種多樣，有粘土、沙土、高嶺土不等。
大多數城磚留有銘文，少則一字（或一個符號、記號），多則70餘字，記錄著地方或軍隊衛所何人燒造，以便驗收不合格者直接追究責任，這種傳統時代的工程"責任制"，在通信不發達的古代，保證了建築質量。
南京明城牆城磚，其間灰漿明顯可見
城磚之外，南京明城牆的另一個特殊之處，恰是所採用的“膠凝技術”，即糯米漿加石灰製成灰漿材料，用來構砌城磚，實現城牆600多年不倒的堅固效果。當然，專業而嚴謹的工匠，以石灰岩、花崗岩條石作城基、勒腳和城牆內外壁，或全用城磚，或用三合土築夯土牆，外輔片石、城磚混合砌築，進一步保障城牆質量。
今天，我們看到南京明城牆磚石縫的白色物質，就是膠凝材料糯米灰漿。它具有耐久、粘結強度高、韌性強、防滲性好等特點，曾在古代城牆建築上廣泛使用。
明代《鳳凰臺記事》記錄：
築京城，用石灰秫粥錮其外，上時出閱視。
這裡講到，修築南京城牆，將石灰、高粱粥混合，來增加砌築效果，明太祖朱元璋還來巡視。"秫"有兩種意思，一是高粱，另一是"稷之黏者也"。無論哪種意思，由其黏性實現膠凝是肯定的。
南靖獅子山儀鳳門段城牆
明代科技工藝著作《天工開物》，記載南京民間使用糯米的方法：
凡石灰經火焚煉為用……用以襄墓及貯水池，則灰一分，入河砂、黃土三分，用糯米粳、楊桃藤汁和勻，輕築堅固，永不隳壞，名曰三和土。
顯然，為追求強固，除了糯米汁外，民間還加入楊桃藤汁，來增強"三和土"性能。
糯米漿作為膠凝材料的有效性，還可以從南京明代徐俌夫婦墓得到驗證，它採用糯米灰漿築造。資料記載，1978年挖掘時，推土機對該墓無能為力，用上許多鋼釺和鐵鍬，結果還搞壞不少工具。
裸露的磚石牆及凝固的灰漿
後期南京城牆，還加入桐油，在防水抗滲方面更勝一籌。總之，城牆建造使用糯米灰漿，實現歷久彌硬、其堅如鐵的效果，令古代建築不僅實用美觀，而且持久耐用。
04 結論：糯米灰漿是媲美水泥的古代高級膠凝材料，堪稱中國古代的有機"水泥"，推動著光輝燦爛的土木建築進程
除了明長城、明代南京城牆以及各地民居，比較知名的案例還有少林寺塔林，其歷代墓塔的建造，均採用石灰加澱粉的“膠凝技術”。
少林寺塔林
就福建土樓而言，摻入糯米漿的三合土屬於特殊的有機-無機合成材料，無機成分是碳酸鈣，有機成分是支鏈澱粉。據三合土摻入糯米漿前後實驗對比，二者結合後物理特性更穩定，機械強度更大，兼容性更高。
從物化反應看，材料中澱粉充當抑制劑與粘合劑，一方面消解鈣質沉澱物增長，另一方面形成緊密微觀結構，這種恰到好處的微妙級配組合，正是造成建築牆體強度大增的合理因素。
廣泛存在於稻米和其他澱粉食物中的多糖複雜碳水化合物——支鏈澱粉的神奇之處，還可見於過去春節人們貼對聯使用漿糊，用麵粉或粳米熬製，同樣靠其中的澱粉將對聯粘貼於門框。
雖然古人並沒有明確的實驗數據，但糯米漿作為膠凝材料在古代確實極其適用，這才使糯米灰漿成為"世界上較早使用有機和無機原料製成的優良複合灰漿"，比純石灰砂漿的強度更高。甚至在今天，它作為中國古代獨有的重大發明，仍被用來修復古建築。
古建築城牆門洞
古城牆及城門樓
建築反映人類文明成果，而建築史則以建築材料為基礎、建築技術為依託、建築藝術為呈現，是綜合的大百科。從白灰面到黃泥漿，再到三合土、糯米灰漿，最後以廣泛採用的石灰與糯米漿有機結合的古代“膠凝技術”勝出，僅此一項，便推動古建築變革，突破牢固度和持久性的藩籬，貢獻於中國土木建造悠久而輝煌的歷史。
