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國際

科學家終於曉得古羅馬混凝土為何能屹立千年

明日科學

更新於 13小時前 • 發布於 13小時前 • 高 詩豪

你曾否好奇,為何建於2000年前的羅馬萬神殿至今依然巍然屹立?這座擁有全球最大無筋混凝土圓頂的建築,其秘密不僅在於特殊的材料配方,更在於獨特的製作工藝。

研究團隊在古羅馬混凝土樣本中發現了細小的白色石灰顆粒,最初被認為是混合不均勻的結果。然而,MIT材料科學家Admir Masic指出,古羅馬人對建材的製作要求十分嚴格,這些石灰顆粒的存在不可能僅是混合不佳。團隊分析了來自義大利Privernum的2000年歷史的混凝土樣本,運用了多種高精度檢測方法,包括掃描電子顯微鏡和X射線能譜分析,發現這些石灰顆粒與傳統認知不符。

傳統認知認為,羅馬人是將消石灰(熟石灰)與火山灰混合製成混凝土。但研究發現,他們很可能是直接將生石灰與火山灰在高溫下混合,這種「熱混合」工藝賦予混凝土驚人的自癒能力。

當混凝土出現裂縫時,裂縫會優先延伸至這些石灰塊。遇水後,石灰會發生化學反應,形成富含鈣的溶液,進而結晶形成碳酸鈣,自動「修復」裂縫。研究團隊實驗證實,採用這種工藝製作的混凝土在兩週內就能自行修復裂痕。

生石灰與火山灰在高溫下混合 遇水可自動結晶修復

通過「熱混合」工法,富含鈣的石灰顆粒被包裹在水泥基質中,並形成一層水化層,最終進行碳酸化(圖上方)。當混凝土出現裂縫(圖下方)時,水分滲入裂縫,攜帶鈣離子進入孔隙網絡,自動填補損傷(過程1);或作為反應鈣來源,促進火山灰與基質間的後期火山灰反應(如形成C-A-S-H結構),進一步鞏固混凝土(過程2)。(圖/《Science Advances》)
通過「熱混合」工法,富含鈣的石灰顆粒被包裹在水泥基質中,並形成一層水化層,最終進行碳酸化(圖上方)。當混凝土出現裂縫(圖下方)時,水分滲入裂縫,攜帶鈣離子進入孔隙網絡,自動填補損傷(過程1);或作為反應鈣來源,促進火山灰與基質間的後期火山灰反應(如形成C-A-S-H結構),進一步鞏固混凝土(過程2)。(圖/《Science Advances》)

這一發現不僅解開了古羅馬建築歷久彌新的秘密,更為現代混凝土技術開闢了新方向。研究團隊目前正致力於將這項技術商業化,期待能開發出更環保、更耐久的新型混凝土,造福人類。

這項研究不僅展現了古羅馬工程師的智慧,也提醒我們:有時看似的缺陷,可能正是精心設計的傑作。正如MIT材料科學家Masic所說:「羅馬人怎麼可能在如此重要的建材上馬虎處理?背後必定另有玄機。」

想想看,一項2000年前的技術創新,至今仍在啟發現代科技的發展,這不正是科技傳承最迷人之處嗎?這項研究有望推動現代建築材料的革新。Masic表示,更耐用的混凝土不僅可以延長建築壽命,還可能改善3D列印混凝土的持久性,並為環保混凝土提供新方向。該研究成果已發表於《Science Advances》期刊。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Ed Freeman/Stone/Getty Images(CC BY 4.0)

影片來源:Science Advances (CC BY 4.0)

參考論文:
Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concreteScience Advances

延伸閱讀:
1、西班牙挖掘出古羅馬廣場遺址

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留言 5

  • 地球已經快資源耗盡而毀滅 全人類必須從新掌握古羅馬 一千年的科技 不然台灣房子50年就都更 很快地球資源耗盡 地球也毀滅了 永續科學
    13小時前
  • 祥~
    50年房子貴幾點的……
    2小時前
  • harpoon
    生石灰加水就變熟石灰,而水泥原料燒完就是生石灰
    3小時前
  • Michael ⚖️
    說不定是外星球的材料啊,沒有在週期表上的
    8小時前
  • k
    難道這就是醫護嗎?貪錢亂診亂開刀,也要護著這醫畜!病榻中常夢見被哄騙開刀裝腰椎止滑夾前還能工作謀生養小孩,假日全家出遊景像!多行不義,吃香喝辣!部屏專員社工就只是替髒醫圍事的鬼流氓!五年前因右腳兩趾走路麻痛!髒醫勳亂診亂開刀訛錢!減壓切脊椎裝止滑脫夾!術後右腳五趾神經像電流亂竄劇痛腰也無法挺直!又自費五次沒用的射頻止痛,不會手術還要高七賢脊椎廠商當場教,藥吃到洗腎成冤鬼!半年後又哄開二刀,術後整個坐股神經極劇酸麻痛無法下床!又挖掉椎間盤裝支架,刀後龍骨開壞致身心全毀!部屏社工專員跪舔髒勳,抹黑花上百萬醫療買殘病患是來找麻煩!部長也要開七萬手術,只是疑慮就被斥責趕出診間!院長護理師都知情!就是這些陽奉陰違官獠畜牲造就萬千醫療冤鬼!
    12小時前
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