科學家破解羅馬帝國建築 2000 年「不朽」奧秘,有助發明防侵蝕混凝土

古羅馬帝國是西方史上最輝煌的王朝,其遺留下的建築,經歷了 2000 年風吹雨打依然屹立不搖,其混凝土的物料更加可以抵禦海水千百年來的侵蝕,相比下,現代的混凝土鋼筋物料只有幾十年的壽命。多年來科學家及考古學家都想破解羅馬建築「不朽」的奧秘,可惜建築物的物料及配方已經失全,無從考究。

近日,美國科家聲稱已經破解了羅馬古建築的配方,並且希望將這種 2000 年前的技術應用在今日的建築上。

美國猶他州大學的研究團隊,發現羅馬建築工人使用鹽水、火山灰、石灰混合制作混凝土的時候,會導致互鎖礦物的生長(growth of interlocking minerals),為混凝土帶來了幾乎不可滲透的凝聚力。


負責的美國猶他州大學研究團隊


該大學的地質與地球物理研究教授 Marie Jackson 說:「我們正在研究一個與一般人期望背道而馳的水基混凝土系統....這個系統能夠與海水進行化學作用。」

羅馬工程師通過將火山灰與石灰和海水混合製成砂漿,然後加入大塊火山岩來製造混凝土。這種以灰、水和石灰的組合產生了所謂的「火山灰反應」(pozzolanic reaction,pozzolanic reaction 以意大利坎帕尼亞一處名為 Pozzuoli 的城市名命)。

在自然界,同樣的化學反應可以在在火山區附近的「凝灰岩」中找到,科學家相信羅馬人是從凝灰岩中取得制作混凝土的靈感。

古羅馬人將這種特別的混凝土,用於制作許多至今依然日久彌生的建築,包括羅馬萬神殿及圖拉真市場。

羅馬萬神殿


現代混凝土 VS 「礦物化」混凝土
另外,研究人員在意大制奧爾貝泰洛研究一個由古羅馬人興建、名為 Portus Cosanus 碼頭。他們利用高強度的 X 光發現礦物生長在潮汐侵蝕引起的裂縫中,證實在鹽水反應在混凝土成型後仍繼續進行。


意大制奧爾貝泰洛 Portus Cosanus 碼頭


相比之下,大多數現代混凝土是波特蘭水泥、石灰石、砂岩、灰分、白堊、鐵和粘土等組成,混合物在加熱形成玻璃狀的材料,與未預料的沙子或碎石混合化學反應,因此與鹽水混合時不會引起礦化。

雖然羅馬混凝土的配方已經失傳,但該團隊正在與地質學工程師合作,從三藩市一帶的海水和美國西部的火山岩中尋找替代物。如果成功,我們將可以在建造抵禦海水侵蝕的海防,並且有利於地球的建築。相比下,一般波特蘭水泥需要高溫窯,已經被認為是二氧化碳排放和全球變暖的重要因素之一。

該研究發表在美國礦物學家雜誌上。


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資料及圖片來自:The Telegraph