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我们终于知道为什么古罗马混凝土经受住了时间的考验
古罗马人是建筑和工程大师，也许最著名的代表是渡槽.这些仍然实用的奇迹依赖于一种独特的建筑材料：火山灰混凝土，一种非常耐用的混合物，可以罗马建筑他们令人难以置信的力量。
即使在今天，他们的杰作之一——万神殿在罗马，仍然完好无损，已有近 2,000 年的历史——保持着世界上最大的无钢混凝土圆顶的记录。
这些非凡的特性通常归功于其成分：火山灰——一种火山灰的混合物，以意大利波佐利市命名，那里发现了大量矿床——以及石灰.这两种材料与水反应，产生坚固、耐用的混凝土。
但事实证明这并不是故事的全部。2023年，麻省理工学院（MIT）科学家领导的一个国际团队发现，不仅罗马混凝土中的材料与我们想象的略有不同，而且用于混合它们的技术也不同。
自 2023 年的调查结果以来，对古代配方原材料的分析以及能源需求揭示了我们可以改进现代水泥的方法。
观看下面的视频，了解麻省理工学院主导的研究摘要：
冒烟的枪是混合良好的混凝土中的小块白色石灰块。这些块的存在以前归因于混合不良或成分。
对于麻省理工学院的材料科学家 Admir Masic 来说，这是没有意义的。
“如果罗马人付出了如此多的努力来制造一种出色的建筑材料，遵循了几个世纪以来优化的所有详细配方，为什么他们会花这么少的精力来确保生产混合良好的最终产品？”马西奇说2023 年 1 月。
“这个故事必须有更多内容。”
马西奇和麻省理工学院土木工程师琳达·西摩 （Linda Seymour） 领导的团队仔细研究了来自意大利普里维努姆考古遗址的 2,000 年前的罗马混凝土样本。
这些样品经过大面积扫描电子显微镜,能量色散 X 射线光谱,粉末X射线衍射和共聚焦拉曼成像了解有关石灰碎屑的更多信息。
一个主要问题是所用石灰的性质。火山灰混凝土的标准理解是它使用消石灰.首先，石灰石在高温下加热以产生一种高反应性苛性粉末，称为生石灰，或氧化钙。
将生石灰与水混合会产生熟石灰或氢氧化钙：一种反应性稍低、腐蚀性较小的糊状物。根据理论，正是这种熟石灰与火山灰混合在一起。
该团队的分析发现，他们样品中的石灰碎屑与这种方法不一致。相反，罗马混凝土可能是通过在极高的温度下将生石灰直接与火山灰和水混合制成的——该团队将这一过程称为“热混合”，从而产生石灰碎屑。
“热混合的好处是双重的，”马西奇说.
“首先，当整个混凝土被加热到高温时，它可以产生仅使用熟石灰时不可能产生的化学物质，从而产生原本不会形成的高温相关化合物。其次，这种升高的温度显着减少了固化和凝固时间，因为所有反应都加速了，从而可以更快地施工。
它还有另一个好处：石灰碎屑使混凝土变得非凡自愈能力。
当裂纹形成时，它们优先到达石灰碎屑，石灰碎屑的表面积高于基质中的其他颗粒。如果水进入裂缝，它会与石灰反应形成富含钙的溶液，该溶液会干燥并硬化为碳酸钙，将裂缝粘回原处并防止其蔓延。
这已观察到在另一个 2,000 年历史的遗址的混凝土中，凯西莉亚·梅泰拉墓，裂缝已被填充方解石.这也可以解释为什么 2000 年前建造的海堤制成的罗马混凝土尽管受到海洋的不断冲击，但仍能完好无损地存活了数千年。
该团队对火山灰混凝土（使用古代和现代生石灰配方制成）和不含生石灰的对照混凝土进行了裂缝测试。果然，开裂的生石灰混凝土在两周内愈合，但对照混凝土仍然开裂。
研究人员正在努力将他们的混凝土商业化，作为当前混合物的更环保的替代品。
“想想这些更耐用的混凝土配方如何不仅可以延长这些材料的使用寿命，还可以提高 3D 打印混凝土配方的耐用性，真是令人兴奋，”马西奇说.
最近，在 2025 年的一项研究中，工程师将罗马式混凝土的原材料和能源需求与现代混凝土进行了比较硅酸盐水泥.他们发现，虽然罗马式混合物需要更多的水和初始能量输入，但随着时间的推移，它们更长的使用寿命可以使它们更具可持续性。
该研究已发表在科学进步.
本文的早期版本于 2023 年 1 月发布。
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