揭秘古罗马建筑为啥上千年屹立可保持不倒？

罗马混凝土建筑的奥秘与未来：一场跨越千年的探索之旅

据科学日报报道，罗马之旅若未曾踏足万神殿、图拉真市场、罗马斗兽场等历经时光磨砺的古罗马混凝土纪念碑，似乎就难以称得上是完整的。近日，一支国际跨学科研究团队借助美国能源部伯克利国家实验室的先进光源X射线技术，揭示了罗马混凝土建筑长寿与持久性的奥秘。

在康奈尔大学接受断裂测试实验的罗马火山灰石灰砂浆复制品，为研究者们提供了实物依据。这些砂浆连接着古罗马混凝土墙壁上的鹅卵石大小的凝灰岩和砖块碎片。研究团队利用ALS光束线12.3.2，一种超导体弯曲磁铁X射线微观衍射的光束线，观察了砂浆在180天的固化过程中发生的矿物学变化，并将其与拥有千年历史的原始样本进行了对比。

研究者发现了一种透明的水合物，能够有效阻止微裂隙的传播。带队的火山学家玛丽·杰克逊解释道：“砂浆会通过板状水化硅铝酸钙（strätlingite）在原位置的结晶来阻止微裂隙。这种钙铝硅酸盐矿物能够加强界面区和胶结基质的持久性。”板状晶体的密集交互生长保证了混凝土在微观层面上的内聚力，使得混凝土能够在地震活跃的环境中维持上千年的化学弹性和结构完整性。

罗马帝国的建筑结构中使用的混凝土复合物砂浆引起了科学家的极大兴趣。这些砂浆并非仅仅因为出色的弹性和持久性而被关注，更因为它们所具有的环境优势。大多数现代混凝土基于石灰岩的硅酸盐水泥制成，而生产硅酸盐水泥需要加热石灰岩与泥土的混合物至1450摄氏度，这一过程释放大量碳。考虑到每年使用的硅酸盐水泥数量庞大，其产生的碳排放量相当惊人。

与此不同，罗马建筑所使用的砂浆由火山灰、水和石灰组成，其煅烧温度远低于硅酸盐水泥。其中的火山灰和砖块占混凝土的很大一部分（约45%至55%）。这一特性导致碳排放量大大减少。杰克逊表示：“如果我们能在特定混凝土生产过程中融入大量的火山岩石成分，可能会大幅度减少与生产过程相关的碳排放，同时提高混凝土的耐久性和机械阻力。”

作为研究的一部分，杰克逊和她的团队利用ALS光束线12.3.2对仅有0.3毫米厚的罗马砂浆切片进行X射线微观衍射测量。杰克逊说：“我们获得了特定胶结微观结构不同点的衍射图样，这使我们能够检测矿物聚集物的变化，从而准确了解小区域内发生的化学过程。”

通过观察矿物学变化，杰克逊和她的同事发现，随着钙铝硅水合物胶接的逐渐融合，水化硅铝酸钙晶体在火山渣和砂浆基质之间的界面区域生长。这一过程使得砂浆在180天的时期内逐渐获得强度和韧性。这项研究不仅揭示了古罗马建筑的奥秘，还为现代混凝土的生产和使用提供了可持续的新思路。界面韧性强化介绍：桥连裂纹与电子计算机断层扫描的洞察之旅

在一个融合科技与自然力量的神秘领域，研究者们发现了一种令人振奋的现象：界面区的韧性增强现象与桥连裂纹的形态学息息相关。这一发现，如同一道独特的风景线，在科研的广阔天地中展现出别样的风采。由美国缅因大学的兰迪斯教授领头的研究团队，利用电子计算机断层扫描技术（CT扫描）对断裂的砂浆样本进行测量，揭示了这一独特现象背后的奥秘。这些实验结果与杜邦科技公司布鲁内博士关于断裂能量的计算结果不谋而合。水化硅铝酸钙晶体的出现引人注目，它的表现并不显露任何腐蚀迹象。它平滑的表面就像一种持久的承诺，预示了它拥有上万年地质时期的稳定性。

图片来源网络，展示的是科研人员正在研究的具体场景。水化硅铝酸钙晶体在结晶过程中，形成了一个与众不同的界面区。这一区域不同于我们所见的任何硅酸盐水泥混凝土的微观结构。杰克逊解释道：“硅酸盐水泥混凝土界面区由于其较高的多孔性，成为裂缝易于产生和扩散的区域。”这也为科研人员提供了一个重要的研究方向：如何激活混凝土中的聚合物，如矿渣和火山灰等，使它们能在界面区形成加固的水化硅铝酸钙。这种研究思路的提出，让我们看到了未来建筑材料的无限可能。

康奈尔大学的英格拉菲带领的研究团队进行了断裂测试实验，这些实验为我们提供了宝贵的实验数据。从罗马图拉真市场获取的砂浆样本也为研究提供了重要的参考依据。库恩茨博士作为ALS光束线首席科学家，对这项研究做出了重要贡献。感谢国家科学基金会和哈佛大学罗卜图书馆的慷慨资金支持，让我们能够继续探索这一领域的未知领域。未来挑战虽在眼前，但科研团队信心满满地向前迈进，决心解开更多的科学谜团。这一旅程虽然充满挑战，但每一次的突破都将推动我们的知识边界向前延伸，让我们对未来充满期待。