第四百九十六章 原理
治理黃河，大而化之的話無非就是三點，誰來都這樣，思路、方法、技術。
正所謂此一時彼一時，既然姜星火已經改變了歷史，那么現在的大明跟以后的大明無論是在經濟、技術還是生產力等諸多方面，肯定都是不一樣的。
所以從思路上來講，雖然直接把黃河扳回從山東丘陵上面的那條故道是最優解，但考慮到這么多年以來，黃河奪淮入海，早就跟很多本屬于淮河的水系打斷骨頭連著筋了，那么將黃河分流，重新恢復元朝中期“大小黃河”的狀態，再把淮河也從長江入海的現狀糾正過來，才是第一階段治水的理性方案。
等到黃河分流，淮河重新回到了自己的入海口，然后才能考慮第二階段，讓黃河也回到自己的入海口。
第三階段，就是在黃河兩岸建立大堤，約束黃河的泛濫。
第四階段，則是從根本上治理黃河，也就是解決中上游的水土流失帶來大量泥沙沉積的問題。
因此，如果僅僅是第一階段的治水方案，那么在現有的條件下，雖然很有挑戰性，但并非是不可能完成的任務。
或者說，哪怕聚集了十幾萬人進行施工，只要軍隊數量足夠，錢給夠，在待遇上不要過于苛待民夫，那么激起民變的概率都不大。
錢，姜星火自然會想辦法。
而既然思路沒問題，那么其實就是方法和技術上的事情。
宋禮問道：“鋼筋？大明有那么多的鋼材嗎？我聽說新式煉鋼法生產出來的鋼材，還要供鑄炮和火銃、甲胄使用。”
姜星火搖了搖頭，只說道。
“不需要那么多。”
隨后，姜星火跟宋禮解釋起了原理：“鋼筋，顧名思義，就是用鋼材來作為建筑的筋骨，給建筑提供支撐，令其更加穩定牢靠.但實際上，只需要在重點的工程里使用就行，并非是所有建筑或堤壩都要用鋼筋。”
“當然了，即便如此所需要的鋼也不少，但問題是，大明的鐵產量其實一直都不是問題，你應該也曉得，作為專營商品，鐵的產量一直跟使用量不成正比，現在大明一年煉出來的鐵，恐怕能夠全國好幾年使用才能用完，所以很多冶鐵場一直都是休息的狀態，如果有治水的項目，反而能促進這些冶鐵場的生產。”
“畢竟，冶鐵場里面的鐵錠，那可都是堆成山了，而只要焦煤足夠，需要的鋼材，很快就能冶煉出來，而這些鋼，不需要達到跟軍用同樣的品質要求，只需要結實耐用就好了，所以鋼筋在產量上是能得到保障的。”
現代的鋼筋，其實也是起源于工業革命，正是因為鋼鐵工業得到了長足的進步，所以才有了大量生產鋼筋的物質條件，而相應的技術，也取得了突破，讓現代鋼筋成為建筑業的利器。
可實際上鋼筋這種東西雖然是現代才發明的，但從技術原理上，古人很早以前就意識到了這種核心支撐物，對于建筑穩定性的巨大幫助。
如果非要考古的話，古代鋼筋，哦不，或者可以說“鐵筋”的歷史，足以追溯到古埃及時期，當時古埃及人進行建筑工程的時候，就使用了跟鋼筋作用高度類似的鐵筋，用來讓建筑材料變得更加堅固，而這個鐵筋的技術含量也并不高，說白了就是把鐵礦石融化然后送入模具再冷卻就行了，那時候的冶金技術水平也不夠，鐵的效果還不如青銅。
而同時期的華夏，也發現了類似的原理，但是華夏古代采用的則是更加容易獲得的竹子，利用竹子的韌性，將其插入墻體、柱子中作為加強筋。
但是由于華夏銅鐵資源一直以來都相對稀缺，所以在建筑工程中投入大量的金屬資源，尤其是華夏經常需要規模極大的建筑工程，那么銅鐵資源就很難滿足這種海量的供給缺口了。
也正因如此，華夏一般都會選擇糯米砂漿或是夯土壘石兩種方法來進行建筑工程，糯米砂漿的成本也不低，但如果是國家主導的工程，卻是用得起的，而且效果不錯，基本等同于低配混凝土.這就是因為煮熟的糯米漿糊和石灰水的混合物，最終產物會有非常強大的黏合能力，這種黏合能力甚至能支持建筑物數百年不倒，像是修南京城墻，都是采用的糯米砂漿；至于夯土壘石，那就是把土壓實稱，然后靠著青磚或者大石的支撐作用來確保堅固了，大部分的建筑物都是這么建造出來的，秦朝修建長城的主要建筑材料就是夯土、磚、石、糯米貝殼混合物。
“那水泥又是何物？”
“水泥，或者說水泥制成的混凝土，你可以理解為是廉價好用的糯米石灰或是糯米貝殼。”
混凝土不是什么高端材料，從本質上來講，混凝土就是把水泥作為膠凝材料，砂、石作集料，與水按一定比例混合攪拌獲得的建筑材料，跟糯米漿拌石灰水沒有本質區別。
古羅馬因為能獲取火山灰的原因，更早地獲得了原始混凝土材料，意大利的羅馬古城龐貝城就是被維蘇威火山的噴發所摧毀，正是因為這場災難，羅馬人也發現了火山灰竟然能夠凝固或者說“凍結”整座城市.從此以后，羅馬人嘗試著將石灰水與火山灰混合，然后倒入模具形成原始混凝土，并用這些原始混凝土建造坡道、梯田和道路。
但這種原始混凝土有兩個弊端，第一個是對于火山灰的需求量很大，第二個是質量其實并不好，而華夏顯然缺乏大量的火山灰又需要較高的工程質量，所以華夏的建筑材料沒有走向這條道路。
可進入了工業時代以后，混凝土獲得和制作，卻比糯米漿要高效且廉價的多，稱得上是物美價廉，由于其良好的承重和抗壓能力，被廣泛用于基礎建筑結構，而混凝土配鋼筋，更是起到了一加一大于二的效果因此，鋼筋混凝土結構也逐漸取代了傳統的磚土或磚木結構，成為建筑工程的主流方式。
“水泥是怎么制作出來的？”宋禮對此大感好奇，秦始皇修長城，用的是糯米漿和碎貝殼的混合物，而糯米漿和石灰水的混合物，則是在南北朝時期被發明出來的，一直沿用至今，如果說有一種東西能夠替代成本較高的糯米漿，那么對于建筑工程，尤其是大型建筑工程的意義，一定是無與倫比的。
水泥怎么制作的，姜星火在辦工廠的時候，就有所了解，現代意義上的水泥是十八世紀的英國人發明的，水泥進入中國以后被稱為“洋灰”，而姜星火隔壁不遠處，就有一家洋灰廠，那時候姜星火搞化工廠，沒有插手水泥行業，但基本原理卻很清楚。
姜星火告訴宋禮道：“水泥的原料基本就是石灰石、粘土，以及煉鐵剩下的礦渣，原理就是把石灰石、粘土磨成面兒，煅燒成熟料以后，跟煉鐵剩下的礦渣一起磨成粉混合，可摻混后共同磨細，也可各自單獨磨細后再均勻摻混，能用細篩筐篩出來就行。”
“石灰石倒是不費勁。”
石灰石的獲得確實不費勁，畢竟石灰燒制技術，從南北朝到現在都上千年了，已經非常成熟了。
“那這么說來，為什么以前沒人想到弄出來這個水泥呢？”宋禮疑惑道。
姜星火笑道：“以前也沒人想過焦煤能煉鋼啊。”
雖然說出來可能有點不可思議，但實際上這種東西并沒有太高的技術壁壘，其實更多的就是一層窗戶紙沒捅破罷了.就像是沒人想到把煤燒一遍燒制成焦煤然后再煉鐵，就能獲得更高爐溫冶煉出鋼水一樣。
現在既然鋼鐵冶煉技術獲得了突破，就意味著鋼筋已經不成問題了，那么與之搭配的混凝土，以及獲得混凝土的必備材料水泥，就可以面世了，這也是姜星火交代給工坊在研究試驗的重要項目之一，跟能搞錢的香水是同一優先級的。
香水是因為必須要寒冷的冬季才能制取，而混凝土之所以沒有早點面世，則是因為水泥好搞，而混凝土還有一個“水灰比”的比例配方需要反復實驗才能獲得。
“之所以之前沒告訴你，是因為水泥已經可以制取了，但混凝土還有個關鍵比例沒有測試出來，不過假以時日，肯定是不成問題的，這個就是個窮舉的過程，所耗費的無非就是時間罷了。”
姜星火所說的“水灰比”指的是拌制水泥漿、砂漿、混凝土時所用的水和水泥的重量之比，跟制作黑火藥所需的材料比例一樣關鍵，但黑火藥還有個“一硝二磺三木炭”的口訣，“水灰比”的具體比例姜星火可就記不清了，畢竟不是專業搞這個的。
而沒有得到標準的“水灰比”，即便是有水泥，也無法獲得堅固的混凝土，反而大概率可能獲得一灘爛泥。
這就是因為水灰比是影響混凝土的流變性能、水泥漿凝聚結構以及其硬化后的密實度，因而在構成材料不變的情況下，水灰比是決定混凝土強度、耐久性的最重要參數，這個比例高了或者低了都不行。
宋禮欣慰的點了點頭，雖然只是聽姜星火描述，但他也能大概想象出來鋼筋加混凝土的作用，這種搭配，就跟竹子配合泥巴來筑墻一樣，只不過鋼筋可比竹子要堅固多了，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，在江南治水可能就會輕松一點了。”
出乎宋禮的預料，姜星火搖了搖頭。
姜星火只說道：“光有水泥，或者用水泥制作出了混凝土，都沒用。”
“都沒用？”宋禮有些愕然。
“因為混凝土有一個特性就是開裂，如果說搭配磚石來建房子沒問題，但是想要建造水壩或是城墻、堡壘，那就想都不用想了，而唯一能解決混凝土開裂的辦法，就是搭配鋼筋.可以前爐火溫度不夠，壓根沒法大規模獲得鋼，怎么能制作鋼筋呢？”
宋禮這才明白過來，原來最重要的不是制作起來簡單的水泥，也不是必須要實驗出標準“水灰比”的混凝土，而是鋼筋！
但伱要說水泥混凝土沒用，那也不客觀，因為水泥混凝土有一個大用處，那就是筑路，尤其是長距離筑路。
在現代，村莊里的水泥混凝土路沒過兩年就會開裂，行車起來很顛簸，這就是因為水泥混凝土會自然開裂，可放到古代就不一樣了，古代是什么道路條件？除了城池里，根本就沒有石板路，城池外面全是土路，即便是所謂的“官道”，那也是土路。
而土路變成水泥混凝土路，你甭管水泥混凝土路質量咋樣，那都是質變！
因為不管這種水泥混凝土路有多差，可水泥混凝土畢竟是水泥混凝土，下多大的雨都不會變成爛泥潭，經過多少馬車最多就開裂出坑，不會顛簸到根本走不了。
能夠以較低價格獲取的大規模良好筑路材料的意義可實在是太大了，不說別的，就說信息傳遞速度，要是有一條北京到南京的水泥混凝土路，這條路正常全長兩千里，以前最高級別的六百里加急也要三天多才能到達，現在估計就能提速到兩天多。
而除此以外，大規模行軍、遠距離貿易、運輸糧食.混凝土水泥路能起到的效率提升，都是非常可觀的。
而且大明疆域遼闊，如果能多筑幾條路，那么交通條件提高上來了，就能極大地提高對地方的控制。
除此以外，鋼筋和水泥混凝土還能解決眼下一個迫在眉睫的需求，那就是抵御帖木兒帝國有可能的入侵。
姜星火不能確定老瘸子會不會跟前世的歷史上一樣，半路就噶了，但就算是做最壞的打算，從永樂二年開始在甘肅河西走廊修建棱堡群，到了永樂四年也該修好了。
有了棱堡群，帖木兒帝國的回回炮（配重式投石機）和大口徑火炮，都將不起作用，只能在堅城之下扼腕嘆息。
勞師遠征，頓兵于堅城之下進退維谷，這對于兵家來說可是大忌，你就是把諸葛亮換上來，面對無法攻克的陳倉城，也一樣得退兵不是？這跟指揮官的水平都沒什么關系了，哪怕是老瘸子沒死，面對這種現實的困難，應該足夠讓帖木兒帝國知難而退了。
畢竟棱堡群不是你啃下來一個就完事了，只要里面提前儲備好足夠的補給物資，那是越往后打越費勁。
宋禮不曉得姜星火此時的想法，他只是問道：“那束水沖沙法，又是怎么一回事？”
對于這種聞所未聞的治水方法，宋禮很好奇，但他從名字所透露的東西上，就已經揣測出了一些信息。
按照固有的治水經驗，想要治理容易泛濫的河流，最重要的辦法還是大禹的那套，也就是分流，可這對于黃河來說效果就實在是太差了，因為不管是把如今奪淮入海的黃河的下游河道拓寬，還是去疏浚和開鑿其他河道支流，雖然能減緩發洪水時候的水勢，讓堤壩的壓力減輕從而避免潰堤的風險，可問題在于黃河的情況，非常的特殊。
事實上造成下游黃河沖毀堤壩的主要原因就是泥沙淤積導致了河床抬高，如果用“峽谷相對論”來解釋，那就是河床抬高了等于兩側堤壩變低了，堤壩變低了一下雨就發大水，堤壩很容易就被沖毀，所以究其根本，下游黃河的問題在于治沙。
而怎么治沙，宋禮隱隱約約摸到了門檻。
姜星火直接將新世界的大門給他敞開了。
“這個辦法只是給你提供一個方法思路，因為現在的水泥混凝土不能速干，所以水泥混凝土也只能用作輔助.束水沖沙法，又叫束水攻沙法，就是收緊河道，利用水的沖力，沖擊河床底部泥沙，從而達到清淤防洪的目的，主要針對的就是黃河這種水流量不夠，但泥沙含量很大以至于河床不斷淤積的河流。”
宋禮想了想，就明白了，如果要治沙，去根的辦法肯定是管控中上游水土流失，但這事沒個幾代人怕是辦不成，眼前能做的，就是頭痛醫頭腳痛醫腳，既然泥沙多，就想辦法讓泥沙減少，因為泥沙是被黃河水裹挾而來的，而如果黃河水被分流，雖然洪澇災害會減輕，但問題是攜帶泥沙也就少了，反而會讓泥沙加速沉積形成大范圍的淤泥.相反，如果黃河水能夠高速流動的話，那么即便不能沖刷全部的泥沙，也能改變淤積的現狀，這就是束水沖沙法的真正原理。
姜星火繼續給他詳細解釋道：“束水沖沙的辦法，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，是遙堤，也就是在正堤后方再修一道堤壩，一旦正堤崩潰，有遙堤的存在，算是加了一道保險。”
“第三道堤，是淤堤，因為河水會把一部分泥沙沖擊到兩岸的正堤上，就可以在兩岸的淤泥上建立一個小的、以竹木結構為主的刷淤堤，把淤泥擋住，不讓其再回到河流中。”
“第四道堤，是內堤，就是在本來的防洪正堤的內部，也就是淤堤的前面，另外修建起用于人為約束黃河水流，使之變得更加湍急的堤壩。”
“口訣便是如欲深北，則南其堤而北自深；如欲深南，則北其堤而南自深；如欲深中，則南北堤兩束之，沖中間焉，而中自深。”
宋禮聽后，怔在座椅上，好半天都沒緩過神來。
過了很久，宋禮才起身，對著姜星火行了一禮。
“國師才學高深，大本佩服之至！”