工程师权衡回归古罗马混凝土配方

古罗马人可能教会了我们一两件关于制造业的知识可持续的可以使用数千年的混凝土。

一项新的研究严格分析了他们古老配方的原材料和能源需求，揭示了一些改进现代水泥的有用方法。

令人惊讶的是，研究人员发现，生产罗马砂浆和混凝土比波特兰水泥（当今混凝土中最常用的水泥类型）需要更多的水和更多的温室气体排放。

但是，虽然最初的能源成本可能更高，但从长远来看，罗马混凝土配方最终可能被证明更具可持续性。那是因为它们可能不需要经常更换或维修。

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根据一个国际环境工程师团队的说法，罗马混凝土混合物需要比现代配方的寿命至少高 41%，才能实现与建筑物相同的累积排放量。

对于街道和高速公路等寿命较短的结构，罗马混凝土的使用寿命至少需要延长 29%。

“当我们考虑到混凝土的使用寿命时，我们就会开始看到好处，”说哥伦比亚北方大学的主要作者和工程师丹妮拉·马丁内斯。

“我们可以从罗马人身上吸取很多教训。如果我们能够将他们的战略与我们的现代创新理念相结合，我们就可以创造一个更可持续的建筑环境。

很难将罗马混凝土的寿命与现代混凝土进行比较，因为今天，许多混凝土建筑和构筑物都是用钢筋加固的。

当钢材生锈时，它会膨胀，迫使周围的任何混凝土开裂和降解在短短十年内.相比之下，古罗马混凝土能够“自我修复”。这意味着当水泥出现裂缝时，当漏水时，它们会自然地粘在一起。

这就是古罗马海堤能够经久不衰的部分原因，尽管海浪和腐蚀性盐水不断冲击。

现代混凝土是否能够做到这一点尚不清楚。

“钢筋腐蚀是混凝土劣化的主要原因，所以要非常谨慎地进行比较。”解释加州大学伯克利分校的作家兼工程师保罗·蒙泰罗。

马丁内斯和她的团队承认更耐用的水泥结构“只能部分抵消对新材料的需求增加”，但罗马制造方法也可能具有其他环境优势。

波特兰水泥和罗马水泥都是使用相同的主要成分制成的。当石灰石被加热时，它会产生一种高反应性的苛性粉末，称为生石灰。这种粉末与水结合，形成强大的砂浆。

古罗马帝国的混凝土配方差异很大，但他们通常将这种砂浆与当地可用的火山岩混合，而不是现代混凝土中使用的石膏。

罗马混凝土产生的危险空气污染物也少得多，这可能是因为石灰石是使用橡木和冷杉木材燃烧的，而不是化石燃料。

根据最近的模型，与现代方法相比，使用罗马水泥技术可以减少高达 98% 的氮氧化物和硫氧化物排放。

“事实证明，使用生物质和其他替代燃料烧窑可能比采用罗马混凝土配方更有效地实现现代水泥生产脱碳，”说马丁内斯。

今天，混凝土是第二大使用最广泛的材料在世界上，在水之后。其产量约占全球人为碳排放量的 8%，约占所有行业碳排放量的四分之一。

根据亚利桑那州立大学材料科学家 Narayanan Neithalath，如果水泥制造图灵作为一个国家进行排名，它将成为仅次于中国和美国的世界第三大二氧化碳排放国。

“如果我们有合理的机会保持在《巴黎协定》设定的两摄氏度以下的变暖目标，那么未来十年与水泥相关的排放量将不得不下降 20% 以上。”尼塔拉特解释2023 年。

研究古罗马混凝土可以帮助我们实现这些紧迫的气候目标。

该研究发表在iScience.

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