第496章 原理

治理黄河，大而化之的话无非就是三点，谁来都这样，思路、方法、技术。

正所谓此一时彼一时，既然姜星火已经改变了历史，那么现在的大明跟以后的大明无论是在经济、技术还是生产力等诸多方面，肯定都是不一样的。

所以从思路上来讲，虽然直接把黄河扳回从山东丘陵上面的那条故道是最优解，但考虑到这么多年以来，黄河夺淮入海，早就跟很多本属于淮河的水系打断骨头连着筋了，那么将黄河分流，重新恢复元朝中期“大小黄河”的状态，再把淮河也从长江入海的现状纠正过来，才是第一阶段治水的理性方案。

等到黄河分流，淮河重新回到了自己的入海口，然后才能考虑第二阶段，让黄河也回到自己的入海口。

第三阶段，就是在黄河两岸建立大堤，约束黄河的泛滥。

第四阶段，则是从根本上治理黄河，也就是解决中上游的水土流失带来大量泥沙沉积的问题。

因此，如果仅仅是第一阶段的治水方案，那么在现有的条件下，虽然很有挑战性，但并非是不可能完成的任务。

或者说，哪怕聚集了十几万人进行施工，只要军队数量足够，钱给够，在待遇上不要过于苛待民夫，那么激起民变的概率都不大。

钱，姜星火自然会想办法。

而既然思路没问题，那么其实就是方法和技术上的事情。

宋礼问道：“钢筋？大明有那么多的钢材吗？我听说新式炼钢法生产出来的钢材，还要供铸炮和火铳、甲胄使用。”

姜星火摇了摇头，只说道。

“不需要那么多。”

随后，姜星火跟宋礼解释起了原理：“钢筋，顾名思义，就是用钢材来作为建筑的筋骨，给建筑提供支撑，令其更加稳定牢靠.但实际上，只需要在重点的工程里使用就行，并非是所有建筑或堤坝都要用钢筋。”

“当然了，即便如此所需要的钢也不少，但问题是，大明的铁产量其实一直都不是问题，你应该也晓得，作为专营商品，铁的产量一直跟使用量不成正比，现在大明一年炼出来的铁，恐怕能够全国好几年使用才能用完，所以很多冶铁场一直都是休息的状态，如果有治水的项目，反而能促进这些冶铁场的生产。”

“毕竟，冶铁场里面的铁锭，那可都是堆成山了，而只要焦煤足够，需要的钢材，很快就能冶炼出来，而这些钢，不需要达到跟军用同样的品质要求，只需要结实耐用就好了，所以钢筋在产量上是能得到保障的。”

现代的钢筋，其实也是起源于工业革命，正是因为钢铁工业得到了长足的进步，所以才有了大量生产钢筋的物质条件，而相应的技术，也取得了突破，让现代钢筋成为建筑业的利器。

可实际上钢筋这种东西虽然是现代才发明的，但从技术原理上，古人很早以前就意识到了这种核心支撑物，对于建筑稳定性的巨大帮助。

如果非要考古的话，古代钢筋，哦不，或者可以说“铁筋”的历史，足以追溯到古埃及时期，当时古埃及人进行建筑工程的时候，就使用了跟钢筋作用高度类似的铁筋，用来让建筑材料变得更加坚固，而这个铁筋的技术含量也并不高，说白了就是把铁矿石融化然后送入模具再冷却就行了，那时候的冶金技术水平也不够，铁的效果还不如青铜。

而同时期的华夏，也发现了类似的原理，但是华夏古代采用的则是更加容易获得的竹子，利用竹子的韧性，将其插入墙体、柱子中作为加强筋。

但是由于华夏铜铁资源一直以来都相对稀缺，所以在建筑工程中投入大量的金属资源，尤其是华夏经常需要规模极大的建筑工程，那么铜铁资源就很难满足这种海量的供给缺口了。

也正因如此，华夏一般都会选择糯米砂浆或是夯土垒石两种方法来进行建筑工程，糯米砂浆的成本也不低，但如果是国家主导的工程，却是用得起的，而且效果不错，基本等同于低配混凝土.这就是因为煮熟的糯米浆糊和石灰水的混合物，最终产物会有非常强大的黏合能力，这种黏合能力甚至能支持建筑物数百年不倒，像是修南京城墙，都是采用的糯米砂浆；至于夯土垒石，那就是把土压实称，然后靠着青砖或者大石的支撑作用来确保坚固了，大部分的建筑物都是这么建造出来的，秦朝修建长城的主要建筑材料就是夯土、砖、石、糯米贝壳混合物。

“那水泥又是何物？”

“水泥，或者说水泥制成的混凝土，你可以理解为是廉价好用的糯米石灰或是糯米贝壳。”

混凝土不是什么高端材料，从本质上来讲，混凝土就是把水泥作为胶凝材料，砂、石作集料，与水按一定比例混合搅拌获得的建筑材料，跟糯米浆拌石灰水没有本质区别。

古罗马因为能获取火山灰的原因，更早地获得了原始混凝土材料，意大利的罗马古城庞贝城就是被维苏威火山的喷发所摧毁，正是因为这场灾难，罗马人也发现了火山灰竟然能够凝固或者说“冻结”整座城市.从此以后，罗马人尝试着将石灰水与火山灰混合，然后倒入模具形成原始混凝土，并用这些原始混凝土建造坡道、梯田和道路。

但这种原始混凝土有两个弊端，第一个是对于火山灰的需求量很大，第二个是质量其实并不好，而华夏显然缺乏大量的火山灰又需要较高的工程质量，所以华夏的建筑材料没有走向这条道路。

可进入了工业时代以后，混凝土获得和制作，却比糯米浆要高效且廉价的多，称得上是物美价廉，由于其良好的承重和抗压能力，被广泛用于基础建筑结构，而混凝土配钢筋，更是起到了一加一大于二的效果因此，钢筋混凝土结构也逐渐取代了传统的砖土或砖木结构，成为建筑工程的主流方式。

“水泥是怎么制作出来的？”宋礼对此大感好奇，秦始皇修长城，用的是糯米浆和碎贝壳的混合物，而糯米浆和石灰水的混合物，则是在南北朝时期被发明出来的，一直沿用至今，如果说有一种东西能够替代成本较高的糯米浆，那么对于建筑工程，尤其是大型建筑工程的意义，一定是无与伦比的。

水泥怎么制作的，姜星火在办工厂的时候，就有所了解，现代意义上的水泥是十八世纪的英国人发明的，水泥进入中国以后被称为“洋灰”，而姜星火隔壁不远处，就有一家洋灰厂，那时候姜星火搞化工厂，没有插手水泥行业，但基本原理却很清楚。

姜星火告诉宋礼道：“水泥的原料基本就是石灰石、粘土，以及炼铁剩下的矿渣，原理就是把石灰石、粘土磨成面儿，煅烧成熟料以后，跟炼铁剩下的矿渣一起磨成粉混合，可掺混后共同磨细，也可各自单独磨细后再均匀掺混，能用细筛筐筛出来就行。”

“石灰石倒是不费劲。”

石灰石的获得确实不费劲，毕竟石灰烧制技术，从南北朝到现在都上千年了，已经非常成熟了。

“那这么说来，为什么以前没人想到弄出来这个水泥呢？”宋礼疑惑道。

姜星火笑道：“以前也没人想过焦煤能炼钢啊。”

虽然说出来可能有点不可思议，但实际上这种东西并没有太高的技术壁垒，其实更多的就是一层窗户纸没捅破罢了.就像是没人想到把煤烧一遍烧制成焦煤然后再炼铁，就能获得更高炉温冶炼出钢水一样。

现在既然钢铁冶炼技术获得了突破，就意味着钢筋已经不成问题了，那么与之搭配的混凝土，以及获得混凝土的必备材料水泥，就可以面世了，这也是姜星火交代给工坊在研究试验的重要项目之一，跟能搞钱的香水是同一优先级的。

香水是因为必须要寒冷的冬季才能制取，而混凝土之所以没有早点面世，则是因为水泥好搞，而混凝土还有一个“水灰比”的比例配方需要反复实验才能获得。

“之所以之前没告诉你，是因为水泥已经可以制取了，但混凝土还有个关键比例没有测试出来，不过假以时日，肯定是不成问题的，这个就是个穷举的过程，所耗费的无非就是时间罢了。”

姜星火所说的“水灰比”指的是拌制水泥浆、砂浆、混凝土时所用的水和水泥的重量之比，跟制作黑火药所需的材料比例一样关键，但黑火药还有个“一硝二磺三木炭”的口诀，“水灰比”的具体比例姜星火可就记不清了，毕竟不是专业搞这个的。

而没有得到标准的“水灰比”，即便是有水泥，也无法获得坚固的混凝土，反而大概率可能获得一滩烂泥。

这就是因为水灰比是影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，因而在构成材料不变的情况下，水灰比是决定混凝土强度、耐久性的最重要参数，这个比例高了或者低了都不行。

宋礼欣慰的点了点头，虽然只是听姜星火描述，但他也能大概想象出来钢筋加混凝土的作用，这种搭配，就跟竹子配合泥巴来筑墙一样，只不过钢筋可比竹子要坚固多了，而混凝土也比泥巴的黏性和牢固程度好的多得多。

“要是去年有水泥，在江南治水可能就会轻松一点了。”

出乎宋礼的预料，姜星火摇了摇头。

姜星火只说道：“光有水泥，或者用水泥制作出了混凝土，都没用。”

“都没用？”宋礼有些愕然。

“因为混凝土有一个特性就是开裂，如果说搭配砖石来建房子没问题，但是想要建造水坝或是城墙、堡垒，那就想都不用想了，而唯一能解决混凝土开裂的办法，就是搭配钢筋.可以前炉火温度不够，压根没法大规模获得钢，怎么能制作钢筋呢？”

宋礼这才明白过来，原来最重要的不是制作起来简单的水泥，也不是必须要实验出标准“水灰比”的混凝土，而是钢筋！

但伱要说水泥混凝土没用，那也不客观，因为水泥混凝土有一个大用处，那就是筑路，尤其是长距离筑路。

在现代，村庄里的水泥混凝土路没过两年就会开裂，行车起来很颠簸，这就是因为水泥混凝土会自然开裂，可放到古代就不一样了，古代是什么道路条件？除了城池里，根本就没有石板路，城池外面全是土路，即便是所谓的“官道”，那也是土路。

而土路变成水泥混凝土路，你甭管水泥混凝土路质量咋样，那都是质变！

因为不管这种水泥混凝土路有多差，可水泥混凝土毕竟是水泥混凝土，下多大的雨都不会变成烂泥潭，经过多少马车最多就开裂出坑，不会颠簸到根本走不了。

能够以较低价格获取的大规模良好筑路材料的意义可实在是太大了，不说别的，就说信息传递速度，要是有一条北京到南京的水泥混凝土路，这条路正常全长两千里，以前最高级别的六百里加急也要三天多才能到达，现在估计就能提速到两天多。

而除此以外，大规模行军、远距离贸易、运输粮食.混凝土水泥路能起到的效率提升，都是非常可观的。

而且大明疆域辽阔，如果能多筑几条路，那么交通条件提高上来了，就能极大地提高对地方的控制。

除此以外，钢筋和水泥混凝土还能解决眼下一个迫在眉睫的需求，那就是抵御帖木儿帝国有可能的入侵。

姜星火不能确定老瘸子会不会跟前世的历史上一样，半路就噶了，但就算是做最坏的打算，从永乐二年开始在甘肃河西走廊修建棱堡群，到了永乐四年也该修好了。

有了棱堡群，帖木儿帝国的回回炮（配重式投石机）和大口径火炮，都将不起作用，只能在坚城之下扼腕叹息。

劳师远征，顿兵于坚城之下进退维谷，这对于兵家来说可是大忌，你就是把诸葛亮换上来，面对无法攻克的陈仓城，也一样得退兵不是？这跟指挥官的水平都没什么关系了，哪怕是老瘸子没死，面对这种现实的困难，应该足够让帖木儿帝国知难而退了。

毕竟棱堡群不是你啃下来一个就完事了，只要里面提前储备好足够的补给物资，那是越往后打越费劲。

宋礼不晓得姜星火此时的想法，他只是问道：“那束水冲沙法，又是怎么一回事？”

对于这种闻所未闻的治水方法，宋礼很好奇，但他从名字所透露的东西上，就已经揣测出了一些信息。

按照固有的治水经验，想要治理容易泛滥的河流，最重要的办法还是大禹的那套，也就是分流，可这对于黄河来说效果就实在是太差了，因为不管是把如今夺淮入海的黄河的下游河道拓宽，还是去疏浚和开凿其他河道支流，虽然能减缓发洪水时候的水势，让堤坝的压力减轻从而避免溃堤的风险，可问题在于黄河的情况，非常的特殊。

事实上造成下游黄河冲毁堤坝的主要原因就是泥沙淤积导致了河床抬高，如果用“峡谷相对论”来解释，那就是河床抬高了等于两侧堤坝变低了，堤坝变低了一下雨就发大水，堤坝很容易就被冲毁，所以究其根本，下游黄河的问题在于治沙。

而怎么治沙，宋礼隐隐约约摸到了门槛。

姜星火直接将新世界的大门给他敞开了。

“这个办法只是给你提供一个方法思路，因为现在的水泥混凝土不能速干，所以水泥混凝土也只能用作辅助.束水冲沙法，又叫束水攻沙法，就是收紧河道，利用水的冲力，冲击河床底部泥沙，从而达到清淤防洪的目的，主要针对的就是黄河这种水流量不够，但泥沙含量很大以至于河床不断淤积的河流。”

宋礼想了想，就明白了，如果要治沙，去根的办法肯定是管控中上游水土流失，但这事没个几代人怕是办不成，眼前能做的，就是头痛医头脚痛医脚，既然泥沙多，就想办法让泥沙减少，因为泥沙是被黄河水裹挟而来的，而如果黄河水被分流，虽然洪涝灾害会减轻，但问题是携带泥沙也就少了，反而会让泥沙加速沉积形成大范围的淤泥.相反，如果黄河水能够高速流动的话，那么即便不能冲刷全部的泥沙，也能改变淤积的现状，这就是束水冲沙法的真正原理。

姜星火继续给他详细解释道：“束水冲沙的办法，就是‘四道堤’。”

“第一道堤，是正堤，也就是通常用的防洪堤。”

“第二道堤，是遥堤，也就是在正堤后方再修一道堤坝，一旦正堤崩溃，有遥堤的存在，算是加了一道保险。”

“第三道堤，是淤堤，因为河水会把一部分泥沙冲击到两岸的正堤上，就可以在两岸的淤泥上建立一个小的、以竹木结构为主的刷淤堤，把淤泥挡住，不让其再回到河流中。”

“第四道堤，是内堤，就是在本来的防洪正堤的内部，也就是淤堤的前面，另外修建起用于人为约束黄河水流，使之变得更加湍急的堤坝。”

“口诀便是如欲深北，则南其堤而北自深；如欲深南，则北其堤而南自深；如欲深中，则南北堤两束之，冲中间焉，而中自深。”

宋礼听后，怔在座椅上，好半天都没缓过神来。

过了很久，宋礼才起身，对着姜星火行了一礼。