Sachverhalt:
A. Der 1955 geborene K._ meldete sich unter Hinweis auf Rückenbeschwerden im September 2005 bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Nach Abklärungen und Durchführung des Vorbescheidverfahrens sprach ihm die IV-Stelle des Kantons Zürich mit Verfügung vom 23. August 2007 eine vom 1. September 2005 bis 28. Februar 2007 befristete Dreiviertelsrente der Invalidenversicherung zu.
B. Die Beschwerde des K._ wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 27. Oktober 2009 ab.
C. K._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, es sei festzustellen, dass die per 1. September 2005 von der Vorinstanz "anerkannte Invalidität von 62 % ununterbrochen andauere"; eventuell "dass per 1. März 2006 (recte: 2007) keine wesentliche Änderung des Gesundheitszustandes festgestellt werden kann"; entsprechend seien die gesetzlichen Leistungen zu erbringen.
Die IV-Stelle schliesst auf Abweisung der Beschwerde, das kantonale Gericht und das Bundesamt für Sozialversicherungen verzichten auf eine Stellungnahme.

Erwägungen:
1. 1.1 Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann unter anderem die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zu Grunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (<ref-law>).
1.2 Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Es ist folglich weder an die in der Beschwerde geltend gemachten Argumente noch an die Erwägungen der Vorinstanz gebunden; es kann eine Beschwerde aus einem anderen als dem angerufenen Grund gutheissen und es kann eine Beschwerde mit einer von der Argumentation der Vorinstanz abweichenden Begründung abweisen (<ref-ruling> E. 1.2 S. 252 mit Hinweisen; <ref-ruling> E. 2.2 S. 550; <ref-ruling> E. 1.4 S. 140). Immerhin prüft das Bundesgericht, unter Berücksichtigung der allgemeinen Begründungspflicht der Beschwerde (Art. 42 Abs. 1 und 2 BGG), grundsätzlich nur die geltend gemachten Rügen, sofern die rechtlichen Mängel nicht geradezu offensichtlich sind (<ref-ruling> E. 1.4.1 S. 254).
2. 2.1 Es steht fest und ist unbestritten, dass der Beschwerdeführer aufgrund seiner gesundheitlichen Beeinträchtigungen seit September 2004 seine angestammte Tätigkeit als Abbrucharbeiter nicht mehr ausüben kann. Streitig und zu prüfen ist der sich daraus ergebende Rentenanspruch ab 1. März 2007.
2.2 Die Vorinstanz hat gestützt auf das Gutachten des Zentrums X._ vom 21. November 2006 festgestellt, für eine leichte bis maximal mittelschwere, wechselbelastende Tätigkeit mit der Möglichkeit vermehrter Pausen (2 Stunden pro Tag) bestehe ab dem Zeitpunkt der Begutachtung (9. Oktober 2006) eine volle Arbeitsfähigkeit, und sie hat folglich einen Rentenanspruch ab März 2007 verneint. In Bezug auf die Tatsache, dass sich der Versicherte bereits im Mai und Juni 2007 erneuten Rückenoperationen unterziehen musste, ist sie der Auffassung, dies könne sich rentenmässig erst nach Erlass der Verfügung vom 23. August 2007 auswirken und sei daher nicht Gegenstand des vorinstanzlichen Verfahrens.
3.1 3.1.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, sein Gesundheitszustand sei bei der Begutachtung am 9. Oktober 2006 gegenüber dem Vorzustand nicht wesentlich verbessert gewesen, diesbezüglich ergäben sich aus dem Gutachten keine neuen Fakten. Daher sei die Rentenaufhebung mangels eines Revisionsgrundes (vgl. <ref-law>; <ref-ruling> E. 6.1 S. 263 f.; <ref-ruling> E. 2.2 S. 165 mit Hinweisen) unzulässig.
3.1.2 Das kantonale Gericht hat sich zu der befristeten Rentenzusprache sowie dem entsprechenden Invaliditätsgrad nicht geäussert. Zudem fehlt es in Bezug auf den Zeitraum vor der Begutachtung durch das Zentrum X._ an vorinstanzlichen Feststellungen betreffend den Gesundheitszustand des Versicherten und die daraus resultierende Erwerbsunfähigkeit. Im Rahmen der Beweiswürdigung hat das kantonale Gericht lediglich festgehalten, die medizinischen Unterlagen (Berichte des Dr. med. A._ vom 29. September 2005, des Dr. med. B._ vom 26. September 2005 und 19. April 2006 und des Spitals Y._ vom 29. August und 13. April 2006) vermöchten am Ergebnis des Gutachtens des Zentrums X._ nichts zu ändern. In Übereinstimmung damit sowie gestützt auf die Auffassung des Regionalen Ärztlichen Dienstes (Stellungnahme vom 15. Dezember 2006) lässt sich feststellen (E. 1.1), dass eine eindeutige Beurteilung der Arbeitsfähigkeit bis zur Begutachtung des Zentrums X._ aufgrund der vorhandenen medizinischen Unterlagen nicht möglich war und ist. Dennoch sprach die Verwaltung zu Gunsten des Versicherten diesem - unter Annahme einer Arbeitsfähigkeit von 50 % in adaptierter Tätigkeit - eine befristete Rente zu. Dass die Vorinstanz in dieser Situation nicht eine Verbesserung des Gesundheitszustandes nachgewiesen (<ref-ruling> E. 6.1 S. 263 f.; <ref-ruling> E. 2.2 S. 165), sondern lediglich den Rentenanspruch unter Berücksichtigung des Zustands im Zeitpunkt der Begutachtung geprüft hat, ist ihr nicht vorzuwerfen (vgl. Art. 89 Abs. 1 lit. c BGG). Im Übrigen stellt sich die Frage nach der Rechtmässigkeit der vom 1. September 2005 bis 28. Februar 2007 befristeten Rente mangels eines entsprechenden Rechtsbegehrens (<ref-law>) im letztinstanzlichen Verfahren nicht.
3.2 3.2.1 Weiter stellt der Beschwerdeführer die Beweiskraft des Gutachtens des Zentrums X._ vom 21. November 2006 in Abrede: Es sei u.a. unvollständig, nicht schlüssig, widersprüchlich und unkorrekt insofern, als die Gutachter "vorbefasst" seien und kein Dolmetscher beigezogen worden sei.
3.2.2 Um den Invaliditätsgrad bemessen zu können, ist die Verwaltung (und im Beschwerdefall das Gericht) auf Unterlagen angewiesen, die ärztliche und gegebenenfalls auch andere Fachleute zur Verfügung zu stellen haben. Aufgabe des Arztes oder der Ärztin ist es, den Gesundheitszustand zu beurteilen und dazu Stellung zu nehmen, in welchem Umfang und bezüglich welcher Tätigkeiten die versicherte Person arbeitsunfähig ist. Im Weiteren sind die ärztlichen Auskünfte eine wichtige Grundlage für die Beurteilung der Frage, welche Arbeitsleistungen der Person noch zugemutet werden können (<ref-ruling> E. 4 S. 99 f. mit Hinweisen).
Die aufgrund medizinischer Untersuchungen gerichtlich festgestellte Arbeits(un)fähigkeit ist Entscheidung über eine Tatfrage (<ref-ruling> E. 3.2 S. 397 ff.), die Beachtung des Untersuchungsgrundsatzes und der Beweiswürdigungsregeln (<ref-law>; <ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis) Rechtsfrage. Die konkrete Beweiswürdigung betrifft eine Tatfrage (Urteile 8C_763/2008 vom 19. Juni 2009 E. 1, nicht publiziert in: <ref-ruling>; 9C_39/2010 vom 25. März 2010 E. 4.1.2).
3.2.3 Das kantonale Gericht hat das Gutachten des Zentrums X._ vom 21. November 2006 für umfassend und den rechtsprechungsgemässen Anforderungen genügend gehalten und ihm Beweiskraft beigemessen. Die vorinstanzliche Beweiswürdigung ist nicht offensichtlich unrichtig und stellt auch keine Verletzung von Bundesrecht dar: Trotz des Verzichts auf funktionelle Tests anlässlich der Begutachtung war eine medizinisch-theoretische Beurteilung der Arbeitsfähigkeit möglich, was praxisgemäss genügt (vgl. Urteil 8C_821/2009 vom 22. März 2010 E. 4.5; 9C_840/2009 vom 2. Dezember 2009 E. 5.1); dass dabei die objektivierbaren Beeinträchtigungen oder die bei den Akten liegenden medizinischen Unterlagen (insbesondere Bericht des Dr. med. B._ vom 19. April 2006) nicht oder ungenügend berücksichtigt worden wären, ist nicht ersichtlich. Die Zuverlässigkeit der Arbeitsfähigkeitsschätzung durch das Zentrum X._ wird auch nicht erschüttert durch die Tatsache, dass der Beschwerdeführer vom 11. bis 15. Oktober 2006 anlässlich einer geplanten - allerdings bei "inadäquater starker vegetativer Symptomatik" frühzeitig abgebrochenen - Facetteninfiltration hospitalisiert war (Bericht des Spitals Y._ vom 14. Oktober 2006) oder durch die letztinstanzlich neu eingereichten und daher ohnehin unzulässigen (<ref-law>) Berichte des Spitals Y._ vom 3. und 21. Mai sowie 22. Juni 2006, welche keine bei der Begutachtung unbekannten Befunde oder Diagnosen enthalten. Auch aus den weiteren, nach dem Gutachten des Zentrums X._ erstellten medizinischen Unterlagen (Berichte des Dr. med. C._ vom 22. Mai, 21. Juni und 2. Oktober 2007, des Dr. med. D._ vom 31. Oktober 2007 sowie der Frau Dr. med. E._ vom 21. Dezember 2007) gehen keine Anhaltspunkte für eine von den Gutachtern des Zentrums X._ abweichende Beurteilung der Arbeitsfähigkeit im Zeitpunkt der Untersuchung hervor. Ausserdem spricht eine "mangelhafte therapeutische Umgebung im Zentrum X._" nicht gegen eine lege artis vorgenommene Begutachtung. Weiter hat die Vorinstanz nicht offensichtlich unrichtig festgestellt, im Gutachten sei einleuchtend dargelegt worden, dass bei insgesamt konsistenten Befunden von einer Steuerbarkeit des Verhaltens des Versicherten im Sinne einer Aggravation auszugehen sei. Daraus, dass eine schriftliche Auftragserteilung und Terminvereinbarung für die Begutachtung in den Akten fehlt (vgl. aber Mitteilung vom 16. August 2006 sowie Schreiben des Zentrums X._ vom 22. August 2006) und dass die IV-Stelle in der Aufforderung vom 14. September 2006 erwähnt, das Zentrum X._ habe ihr mitgeteilt, der Beschwerdeführer habe den Termin vom 11./12. September 2006 unentschuldigt nicht eingehalten, kann nicht auf Vorbefasstheit der Gutachter geschlossen werden. Zudem fehlt es an Hinweisen, dass die Feststellung im Gutachten des Zentrums X._, wonach die Anamneseerhebung mit Übersetzung durch einen Dolmetscher erfolgt sei, nicht zutrifft oder dass die Kommunikation anlässlich der Begutachtung sonstwie mangelhaft gewesen wäre. Schliesslich beanstandet der Beschwerdeführer das zu Handen des Zentrums X._ erstellte psychiatrische Gutachten des Dr. med. F._ vom 14. Oktober 2006 angesichts dessen Angebotes, seine Expertisen wunschgemäss formal und inhaltlich "in die eine oder andere Richtung oder Gangart zu modifizieren". Dies bleibt indessen ohne Einfluss auf die Arbeitsfähigkeitsschätzung des Zentrums X._. Denn in psychischer Hinsicht fehlen konkrete Anhaltspunkte für eine Einschränkung, und der Versicherte selber machte bisher nie ein psychisches Leiden geltend, sondern erklärte sich gegenteils bereit, "jede körperlich zumutbare Arbeit" auszuführen (Gesuch um Arbeitsvermittlung vom 24. April 2007).
3.2.4 Nach dem Gesagten ist die vorinstanzlich festgestellte Arbeitsfähigkeit (E. 2.2) ab Oktober 2006 weder offensichtlich unrichtig, noch beruht sie auf einer Rechtsverletzung, weshalb sie für das Bundesgericht verbindlich ist (E. 1.1). Zu prüfen bleibt, ob dies auch hinsichtlich der vom kantonalen Gericht nicht berücksichtigten, ab Mai 2007 bis zum Erlass der Verfügung vom 23. August 2007 (vgl. <ref-ruling> E. 2.1.2.1 S. 412; <ref-ruling> E. 1a S. 248; Urteil 9C_235/2009 vom 30. April 2009 E. 3.3) eingetretenen gesundheitlichen Entwicklungen zutrifft.
3.2.5 Bei einer Verschlechterung der Erwerbsfähigkeit ist die anspruchsbeeinflussende Änderung zu berücksichtigen, sobald sie ohne wesentliche Unterbrechung drei Monate angedauert hat (Art. 88a Abs. 2 Satz 1 IVV). Die Rente wird vom Beginn des Monats an ausbezahlt, in dem der Rentenanspruch entsteht (<ref-law> in der bis 31. Dezember 2007 geltenden Fassung, heute <ref-law>). Wurde die Rente nach Verminderung des Invaliditätsgrades aufgehoben, erreicht dieser jedoch in den folgenden drei Jahren wegen einer auf dasselbe Leiden zurückzuführenden Arbeitsunfähigkeit erneut ein rentenbegründendes Ausmass, so werden bei der Berechnung der Wartezeit nach Artikel 29 Absatz 1 IVG früher zurückgelegte Zeiten angerechnet (<ref-law> in der bis 31. Dezember 2007 geltenden Fassung in Verbindung mit <ref-law>).
3.2.6 Am 21. Mai und 20. Juni 2007 unterzog sich der Versicherte erneuten Rückenoperationen. Dass sich dies während mindestens dreier Monate auf die Arbeitsfähigkeit und daher vor Erlass der angefochtenen Verfügung auch auf den Rentenanspruch auswirkte, ist nicht auszuschliessen. Die Vorinstanz hat Bundesrecht verletzt (E. 1.2), indem sie auf entsprechende Sachverhaltsabklärungen und -feststellungen verzichtet und die Prüfung des Anspruchs unterlassen hat.
3.2.6 Am 21. Mai und 20. Juni 2007 unterzog sich der Versicherte erneuten Rückenoperationen. Dass sich dies während mindestens dreier Monate auf die Arbeitsfähigkeit und daher vor Erlass der angefochtenen Verfügung auch auf den Rentenanspruch auswirkte, ist nicht auszuschliessen. Die Vorinstanz hat Bundesrecht verletzt (E. 1.2), indem sie auf entsprechende Sachverhaltsabklärungen und -feststellungen verzichtet und die Prüfung des Anspruchs unterlassen hat.
3.3 3.3.1 Schliesslich verlangt der Beschwerdeführer hinsichtlich der Invaliditätsbemessung, bei der Festsetzung des Invalideneinkommens einen Abzug von 25 % vom Tabellenlohn zu berücksichtigen.
3.3.2 Die Herabsetzung eines Tabellenlohnes ist von sämtlichen persönlichen und beruflichen Umständen des konkreten Einzelfalls wie leidensbedingte Einschränkung, Alter, Dienstjahre, Nationalität/Aufenthaltskategorie und Beschäftigungsgrad (vgl. dazu SVR 2010 IV Nr. 28 S. 87, 9C_708/2009 E. 2.5.2; Urteile I 69/07 vom 2. November 2007 E. 5.2; 9C_980/2009 vom 4. März 2009 E. 3.1.2) abhängig, wobei der Abzug auf höchstens 25 % zu begrenzen ist (<ref-ruling> E. 4.2.3 S. 481). Die Frage, ob ein (behinderungsbedingt oder anderweitig begründeter) Leidensabzug vorzunehmen sei, ist eine Rechtsfrage, während jene nach der Höhe des Abzuges eine typische Ermessensfrage darstellt, deren Beantwortung letztinstanzlicher Korrektur nur mehr dort zugänglich ist, wo das kantonale Gericht das Ermessen rechtsfehlerhaft, mithin in Ermessensüberschreitung, -missbrauch oder -unterschreitung (vgl. zu diesen Rechtsbegriffen Urteil I 793/06 vom 4. Oktober 2007 E. 2.3; <ref-ruling> E. 3.3 S. 399; Urteil 9C_368/2009 vom 17. Juli 2009 E. 2.1) ausgeübt hat (<ref-ruling> E. 3.3 S. 399).
3.3.3 Das kantonale Gericht hat für die Bestimmung des Invalideneinkommens einen Tabellenlohn herangezogen und unter Berücksichtigung der Einschränkung auf leidensangepasste Tätigkeiten, der Auswirkungen eines reduzierten Beschäftigungsgrades, des Alters des Versicherten und dessen begrenzter Sprachkenntnisse einen Abzug von 15 % vorgenommen. Dass dieses Vorgehen Recht verletzt, ist nicht ersichtlich und wird auch nicht dargelegt.
3.4 Die übrigen Bemessungsfaktoren werden weder in tatsächlicher noch in rechtlicher Hinsicht beanstandet. Es besteht kein Anlass für eine nähere Prüfung von Amtes wegen (<ref-ruling> E. 1b und 2c S. 415 ff; BGE 110 V E. 4a S. 53). Nach dem Gesagten hat das kantonale Gericht zu Recht einen Rentenanspruch ab März 2007 verneint. Hingegen wird die Verwaltung hinsichtlich der im Mai 2007 eingetretenen gesundheitlichen Veränderungen Abklärungen zu treffen haben (E. 3.2.6).
4. Die Verfahrenskosten sind den Parteien nach Massgabe ihres Obsiegens aufzuerlegen (<ref-law>). Der Beschwerdeführer hat zulasten der Beschwerdegegnerin Anspruch auf eine dem Aufwand entsprechende reduzierte Parteientschädigung (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird in dem Sinne teilweise gutgeheissen, dass der Entscheid des Sozialversicherungsgerichts des Kantons Zürich vom 27. Oktober 2009 und die Verfügung der IV-Stelle des Kantons Zürich aufgehoben werden, soweit damit ein Rentenanspruch ab August 2007 verneint wird. Die Sache wird an die Verwaltung zurückgewiesen, damit sie, nach erfolgter Abklärung im Sinne der Erwägungen, über den Anspruch auf eine Invalidenrente ab August 2007 neu verfüge. Im Übrigen wird die Beschwerde abgewiesen.
2. Von den Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer Fr. 200.- und der Beschwerdegegnerin Fr. 300.- auferlegt.
3. Die Beschwerdegegnerin hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 1'000.- zu entschädigen.
4. Die Sache wird zur Neuverlegung der Kosten und der Parteientschädigung des vorangegangenen Verfahrens an das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich zurückgewiesen.
5. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 22. April 2010
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Meyer Dormann