为什么古罗马的混凝土如此耐用？麻省理工学院发现“自我修复”成分

      古罗马人以其工程成就、广泛的道路网络、渡槽、港口和大型建筑而闻名，这些建筑的遗迹至今完好无损。许多这些著名的建筑都是用混凝土建造的：罗马的万神殿建于公元 126-128 年左右，是世界上最大的无钢筋混凝土圆顶，至今仍未改变。许多其他古罗马建筑也经受住了不同气候、地震带甚至与海水直接接触的时间考验。然而，许多现代混凝土建筑仅在几十年后就倒塌了，这让世界各地的科学家们想知道是什么让这种古老的建筑材料如此坚固。 

      由麻省理工学院(MIT)领导的一个国际研究小组在理解极其耐用的混凝土成分方面取得了重大进展，并发现了一种以前被忽视的自我修复能力，从而揭开了这个谜团。

具有自愈能力的秘密成分 

      长期以来，研究人员认为古代混凝土的耐久性归功于一种成分：火山灰材料，源自那不勒斯的波佐利地区。经过仔细检查，由麻省理工学院领导并包括来自美国、意大利和瑞士的研究人员的研究小组发现，这些古代样本还含有称为“石灰碎屑”的白色小块，长期以来被认为是罗马混凝土中无处不在的成分. “自从我第一次开始使用古罗马混凝土，我就一直对这些特性着迷，”麻省理工学院土木与环境工程教授 Admir Masic 说。“这些在现代混凝土配方中是找不到的，那么为什么它们会出现在这些古老的材料中呢？” 

      以前，白色块状物被认为是混乱的混合操作或劣质原材料的证据而被忽视。然而，新的研究表明，正是这些微小的肿块赋予了混凝土自愈能力。“将这些石灰碎屑的存在简单地归因于低质量控制的想法一直困扰着我，” Masic 分享道。“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，他们为什么要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。

“热混”的过程 

      随着研究的进行，马西奇想知道“罗马人是否有可能实际上直接使用更具反应性的石灰，即生石灰？” 当他和他的团队分析这种古老混凝土的样品时，他们发现白色夹杂物由各种形式的碳酸钙组成。根据该团队的光谱检查，罗马混凝土似乎是通过在非常高的温度下将碳酸钙与火山灰材料和水混合制成的，这一过程称为“热混合”。该团队现在得出结论，“热搅拌”是混凝土超强特性的关键。 

      根据这项研究，在此过程中，石灰块会形成一种特有的脆性纳米颗粒结构，这种结构会产生一种易碎和反应性的钙源，这种钙源可能具有至关重要的自我修复功能。当混凝土中形成微小裂缝时，它们会移动到比其他颗粒具有更大表面积的钙球。然后这种材料可以与水反应形成富含钙的溶液，这种溶液可以干燥和硬化，迅速闭合裂缝。或者，它可以与火山灰材料反应以进一步增强复合材料。这些反应是自发发生的，因此会在裂缝扩展之前自动修复裂缝。“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。