我们终于知道古罗马混凝土为何如此耐用：

古罗马人是建筑和工程大师，最著名的代表可能是渡槽。那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，一种极其耐用的混凝土，赋予了罗马建筑难以置信的强度。

即使在今天，他们的建筑之一——万神殿仍然完好无损，有近 2,000 座岁 – 保持着世界上最大的无钢筋混凝土圆顶的记录。

这种混凝土的特性通常归因于其成分：火山灰，一种火山灰的混合物 – 以意大利城市波佐利命名, 在那里可以找到大量的它 – 和石灰。当与水混合时，这两种材料会发生反应，生成坚固的混凝土。

但事实证明，这并不是全部。由麻省理工学院 (MIT) 领导的国际研究团队发现，这些材料不仅与我们可能拥有的略有不同我想过，但混合它们的技术也不同。

确凿的证据是小的白色石灰块，可以在看似混合良好的混凝土中找到。这些块状物的存在以前被归因于混合不良或材料，但这对麻省理工学院的材料科学家 Admir Masic 来说没有意义。

“这些石灰碎屑的存在只是归因于低质量控制一直困扰着我，”Masic 说。

“如果罗马人付出如此多的努力来制造一种出色的建筑材料，并遵循经过多个世纪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出混合良好的最终产品？这个故事必须有更多的东西。”

Masic 和麻省理工学院土木工程师 Linda Seymour 领导的团队仔细地研究了来自意大利 Privernum 考古遗址的具有 2000 年历史的罗马混凝土样本。这些样本 w对它们进行了大面积扫描电子显微镜和能量色散 X 射线光谱、粉末 X 射线衍射和共聚焦拉曼成像，以更好地了解石灰碎屑。

其中的一个问题头脑是所用石灰的性质。火山灰混凝土的标准理解是它使用的是消石灰。首先，将石灰石在高温下加热以产生一种称为生石灰或氧化钙的高反应性腐蚀性粉末。

将生石灰与水混合会产生熟石灰或氢氧化钙：一种反应性稍差、腐蚀性较低的糊状物。根据理论，古罗马人将这种熟石灰与火山灰混合在一起。

根据团队的分析，他们的样品中的石灰碎屑与这种方法不符。相反，罗马混凝土可能是通过将生石灰直接与火山灰和水在极高温度下单独或与熟石灰混合制成的，该过程被团队称为导致石灰碎屑的“热搅拌”。

“热搅拌的好处是双重的，”Masic 说。

“首先，当整体混凝土被加热到高温时, 它允许化学如果你只使用熟石灰是不可能的，产生高温相关的化合物，否则不会形成。第二，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，允许更快建筑。”

它还有另一个好处：石灰碎屑赋予混凝土显着的自愈能力。

当混凝土中形成裂缝时，它们会优先移动到石灰碎屑，比基质中的其他颗粒具有更高的表面积。当水进入裂缝时，它会与石灰发生反应，形成富含钙的溶液，这种溶液干燥后会硬化成碳酸钙，将裂缝粘合在一起并防止其进一步扩散。

这已被观察到具体地来自另一个拥有 2,000 年历史的遗址，Caecilia Metella 墓，那里的混凝土裂缝已被方解石填满。这也可以解释为什么 2000 年前建造的罗马海堤混凝土在海洋不断遭受冲击的情况下仍完好无损地保存了数千年。

因此，该团队通过使用生石灰根据古代和现代配方制造火山灰混凝土来测试他们的发现。他们还制作了不含生石灰的对照混凝土，并进行了裂缝测试。果然，开裂的生石灰混凝土在两周内完全愈合，但控制混凝土仍然开裂。

该团队现在正致力于将他们的混凝土商业化，作为对当前混凝土更环保的替代品。

“想想这些更耐用的混凝土配方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，这令人兴奋，”Masic 说。

研究已发表在《科学进展》中编着。