浙江
古羅馬時期的基礎設施展現了令人驚嘆的跨越時間的能力。在現代混凝土建筑往往僅能維持百年左右壽命的同時，意大利隨處可見的羅馬時代混凝土建筑、道路和水渠，在歷經約兩千年的歲月洗禮后依然屹立不倒。長期以來，科學家們致力于解開這一耐久性的謎團。
學界此前普遍認為，羅馬混凝土的卓越性能主要歸功于“火山灰反應”，即火山灰與生石灰和水發生化學反應。然而，最新的研究顯示，這一過程并非全部真相。近日發表在《科學進展》期刊上的一項研究指出，另一種被稱為“碳酸化”的化學過程，也在羅馬混凝土的超長壽命中發揮了關鍵作用。
為了深入探究，研究人員前往位于意大利羅馬以東約17英里處的哈德良別墅進行實地考察。這座建于1900年前的聯合國教科文組織世界遺產地，不僅是一座建筑奇跡，其內部的公共廁所更是為研究人員提供了寶貴樣本。由于這些廁所從未經過現代手段的修復，古羅馬混凝土得以在原始狀態下保存了十九個世紀，為科學研究提供了一個天然的實驗環境。
加州大學伯克利分校的土木工程師、研究合著者保羅·J·M·蒙泰羅表示，這些材料在長達十九個世紀的時間里未受干擾，無意間完成了一場無人能夠開啟的長期實驗。蒙泰羅團隊從廁所座椅下方提取了混凝土樣本，在實驗室中通過高分辨率顯微鏡、X射線掃描及化學成分分析，對樣本進行了細致研究。
分析結果顯示，盡管樣本中確實存在火山灰、石灰和水混合的證據，但對混凝土孔隙和裂縫的進一步觀察發現，一種由鈣、碳和氧組成的礦物——方解石，才是主要的粘合劑。當空氣中的二氧化碳與混凝土中的鈣化合物發生反應時，會形成硬質礦物方解石。隨著時間的推移，這種礦物會填充混凝土中的細小裂縫和孔隙，使古老建筑結構不僅能保持強度，甚至能夠實現自我修復。
這項研究進一步證實，碳酸化在長期環境下能增強混凝土的耐久性，并幫助其在老化過程中彌合裂縫。該研究成果補充了2023年的一項發現，即羅馬混凝土因含有生石灰，在雨水等水分作用下能夠重結晶，從而填充縫隙實現“自我修復”。麻省理工學院材料科學家阿德米爾·馬西奇評價道，這項新研究強調了碳酸鹽在這些系統中的動態作用，其地位并非邊緣，而是至關重要。
研究人員希望，通過解析羅馬混凝土耐久性的奧秘，現代建筑專家能夠開發出更加可持續且具備高韌性的建筑材料。目前，混凝土是全球消耗量最大的材料之一，其生產過程中產生的大量二氧化碳排放約占全球總排放量的8%。據聯合國預測，到2050年，全球約一半的建筑尚未動工，開發低碳足跡的建筑材料顯得尤為緊迫。蒙泰羅指出，探索古老的工程技術可以帶來重要的啟示，通過解鎖羅馬混凝土的耐久性秘密，人類有望在未來實現更具可持續性的現代基礎設施發展。
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