本文来自微信公众号：源筑APP（ID：yuanzhuapp），作者：源筑|建筑科技，原文标题：《古代谜团解密：为什么罗马混凝土如此耐用？》，题图来自：虎嗅（拍摄：萬一）
古罗马人被誉为工程大师，他们建造了许多耐用的道路、渡槽、港口和大型建筑网络。这些古罗马建筑的遗迹至今存活了两千年，其中许多是用混凝土建造的。例如，罗马著名的万神庙拥有世界上最大的无钢筋混凝土圆顶，于公元128年投入使用，至今仍然完好无损；一些古罗马渡槽至今仍在向罗马供水。
多年来，研究人员一直试图揭开这种耐用材料的秘密，特别是在特别恶劣条件的结构中，如码头、下水道、海堤、地震活跃点。
最近，来自麻省理工学院、哈佛大学以及意大利和瑞士实验室的研究人员在这一领域取得了进展。他们发现了古代混凝土的关键，包括几个自我修复功能。这项研究结果发表在《科学进展》杂志上。由麻省理工学院土木与环境工程教授Admir Masic，前博士生Linda Seymour ‘ 14，PhD ‘ 21和其他四人共同发表。
多年来，研究人员一直认为古代混凝土耐用的关键在于火山灰材料，例如那不勒斯湾波佐利地区的火山灰。然而，这项新研究发现，古代混凝土中还含有小而独特的毫米级亮白色矿物特征。这些白色块，通常称为“石灰碎屑”，由石灰构成，是古代混凝土混合物的另一个关键成分。
经过一段时间的研究，Masic感到困惑，“自从我第一次研究古罗马混凝土以来，我都感到很好奇，在现代混凝土配方中找不到的成分，这些古代建筑中为什么会有？这种白色块到底是制作过程中掺杂的杂质，还是罗马人几个世纪以来优化的配方？”
Masic研究实验室的研究人员使用高分辨率多尺度成像和化学映射技术，对这些石灰碎屑进行分析，对它进一步的潜在功能有了新的见解。在这项新研究以前，研究人员认为这种掺杂这种白色块的混凝土劣质原材料，从未想过石灰碎屑能够提供混凝土自我修复能力。
通过研究，他和他的团队确定白色块由各种碳酸钙构成。光谱显示，这种物质是在极端温度下形成的。团队最终得出结论，罗马古代混凝土的耐用性源自热混合。
Masic表示，“热混合具有双重优点。首先，当混凝土加热到高温时，不会形成因高温而产生的化合物。其次，由于高温，所有反应都加速了，大大减少了固化和凝固时间，可以更快地施工。”
团队认为，在热混合过程中，石灰碎屑会形成一种特有的脆性纳米颗粒结构，产生一种容易断裂和反应的钙源，可以提供关键的自我修复功能。一旦混凝土内开始形成微小的裂缝，它们就可以优先穿过高表面积的石灰碎屑。这种材料可以与水反应，产生钙饱和溶液，该溶液可以重结晶为碳酸钙并快速填充裂缝，或者与火山灰材料反应进一步加强复合材料。这些反应是自发发生的，因此在裂缝扩散之前能够自动愈合裂缝。
为了证实他们的猜想，团队进行了对比实验。第一组用混合了古代和现代配方的热拌混凝土样品，故意将其开裂，然后让水流过裂缝。果然：两周内，裂缝完全愈合，水不再流动。第二组的混凝土不含生石灰。两周后，其裂缝未愈合，水只是不断流过样品。
Masic认为，这些耐用的混凝土配方不仅可以延长材料的使用寿命，还可以提高3D打印混凝土配方的耐用性。该团队正在努力将这种改性水泥材料商业化。
水泥生产目前约占全球温室气体排放量的8%。研究人员希望通过延长使用寿命、开发更轻量的混凝土，可以帮助减少水泥生产对环境的影响。例如实际上可以从空气中吸收二氧化碳的混凝土，有助于减少混凝土对全球气候的影响。
参考来源
https://news.mit.edu/2023/roman-concrete-durability-lime-casts-0106
https://www.freethink.com/science/ancient-roman-engineering
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602
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