生石灰“热拌”古罗马混凝土可自我修复

Expand / 对来自 Privernum 遗址的古罗马混凝土样本的新分析产生了对制造过程的新见解。 麻省理工学院

罗马著名的万神殿拥有世界上最大的无钢筋混凝土圆顶，由于古罗马混凝土令人难以置信的耐用性，这一建筑奇迹已经存在了数千年。几十年来，科学家们一直试图准确地确定是什么让这种材料如此耐用。对从罗马附近的 Privernum 考古遗址的混凝土墙上采集的样本进行的新分析提供了对这些难以捉摸的商业秘密的洞察力。根据发表在《科学进展》杂志上的一篇新论文，罗马人似乎在其他策略中使用了生石灰的“热混合”，这赋予了材料自我修复的特性。

正如我们之前提到的，就像今天的波特兰水泥（现代混凝土的基本成分）一样，古罗马的混凝土本质上是半流体砂浆和骨料的混合物。波特兰水泥通常是通过在窑中加热石灰石和粘土（以及砂岩、灰、白垩和铁）制成的。然后将所得熟料研磨成细粉，仅添加少许石膏，以获得最光滑、平坦的表面。但用于制造罗马混凝土的骨料由拳头大小的石头或砖块组成。

在他的专着 De architectura（大约公元 30 年）中，罗马建筑师兼工程师维特鲁威 (Vitruvius) 写到如何为墓地建筑建造混凝土墙，这些墙可以持续很长时间而不会变成废墟。他建议墙壁至少有两英尺厚，由“红色采石、砖块或熔岩砌成”制成。砖块或火山岩集料应与砂浆结合，该砂浆由熟石灰和多孔玻璃碎片以及火山喷发（称为火山火山灰）的晶体组成。

Admir Masic 是麻省理工学院的环境工程师，研究古罗马混凝土已有数年之久。例如，2019 年，Masic 和两位同事（麻省理工学院的 Janille Maragh 和哈佛大学的 James Weaver）推出了一套新工具，用于在多个长度尺度上分析来自 Privernum 的罗马混凝土样品，包括用于化学分析的拉曼光谱和多探测器能量色散光谱。 (EDS) 用于材料相映射。

Masic 还是 2021 年一项研究的合著者，该研究分析了古代混凝土样本，该混凝土用于在罗马的亚壁古道沿线建造一座具有 2000 年历史的陵墓，该陵墓被称为 Caecilia Metella 的陵墓，一位住在公元一世纪。它被广泛认为是亚壁古道保存最完好的古迹之一。他们使用先进的光源以及扫描电子显微镜来识别样品中的许多不同矿物及其方向。

他们发现坟墓的砂浆类似于图拉真大厅的墙壁：来自 Pozzolana Rosse 火山碎屑流的火山灰，将大块砖块和熔岩聚集在一起。然而，用于坟墓砂浆的火山灰含有更多的富钾白榴石。砂浆中的钾依次溶解并有效地重新配置粘结相。有些部分在 2000 多年后仍然完好无损，而另一些部分则显得更加纤细，并有裂开的迹象。事实上，这种结构有点像纳米晶体。所以界面...