科學家揭開羅馬帝國建築「不朽」之謎

若然要列舉羅馬帝國最宏偉的建築,當然非萬神殿、圖拉真市場及羅馬鬥獸場莫屬,這些建築不但雄偉,而且十分堅固,經歷愈二千年時間的風風雨雨依然屹立於世,其建築物料的堅硬程度可見一斑。近日,Advanced Light Source (ALS) of the U.S. Department of Energy (DOE)’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) 的研究人員就利用了X光粒子,找到了羅馬帝國的建築奧秘,揭開了其建築物料之謎。


研究人員透過 ALS 12.3.2 光束線,一種超導磁體彎曲X光射線顯微光束線衍射中進行觀察,利用由Cornell University 製成的仿古羅馬火山灰石灰砂漿,再與 1900 年前的古羅馬建築混凝土作比較,結果發現後者在經過 180 日燒製過程時,產生出一種結晶水合物,以防止裂紋抗散。

負責是次研究 Marie Jackson 表示,古羅馬建築混凝土通過由鈣、鋁、矽、酸鹽組成的礦物,能夠強化混凝土的界面區及水泥基體。「板狀晶體所產生的緻密共生阻礙了裂紋擴散,同時在微米尺度的層面保持了凝聚力,令到混凝土可以在經過千百年的歲月依然保持其化學抵禦能力以及結構上的緊密性。

(負責的研究團隊:最左起Marie Jakson、Qinfei Li、Martin Kunz 及 Paulo Monteiro)


除了其獨一無二的堅硬程度及緊密性之外,古羅馬時代的混凝土在環境角度上也存在其優點,現時大多數現代混凝土是由石灰岩為主要材料的矽酸鹽水泥,而製造矽酸鹽水泥需要攝氏 1450 度的高溫以把石灰岩及泥土混和,過程中造成大量的碳排放,而且全球的矽酸鹽水泥產量每年高達 19 億噸,碳排放量佔全球碳排放的 7 %之多。

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相比之下,羅馬建築灰漿採用了 85%的(按體積計)的火山灰、淡水,以及石灰,燒製所需要的溫度比矽酸鹽水泥水泥低得多。另外,火山凝灰岩和磚塊佔混凝土(體積)的大約45至55%,能有效顯著減少碳排放。

「如果我們能夠找到辦法把大比例的火山岩融入特製的混凝土內,就可以大大減少碳排放量,同時增加混凝土的耐用性」Jackson 說。

圖片及資料來自:Berkeley Lab



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