科学家破解古罗马水泥不倒之谜(古罗马水泥和现代水泥)

科学家破解古罗马水泥不倒之谜，古罗马人建造的混凝土海堤承受了2000多年的海浪冲击。现在，一个国际研究小组发现了这种混凝土长寿背后的秘密。混凝土和海水之间的化学反应形成一种稀有矿物质，可以增强材料的强度。

古罗马水泥没有掉落

研究负责人、盐湖城犹他大学地质学家玛丽·杰克逊表示，结构工程师或许能够利用这些见解来制造更坚固、更可持续的混凝土。她和同事于7 月3 日在期刊《美国矿物学家》 上报告了他们的发现。

现代混凝土使用水和波特兰水泥（主要由石灰石和粘土制成的细粉末）的混合物将小岩石粘合在一起。但它会在几十年内降解，尤其是在恶劣的海洋环境中。

与波特兰水泥不同，罗马混凝土使用火山灰和石灰的混合物将岩石碎片粘合在一起。公元一世纪的罗马作家兼海军上将老普林尼曾将水下混凝土结构描述为“一块石头，波浪无法摧毁它，并且每天都变得越来越坚固”。这引起了杰克逊的兴趣。 “对我来说，问题是这些材料是如何变成岩石的？”她说。

研究人员报告说，古罗马水泥包括火山灰和石灰石，将它们放入木制模具中，然后放入海中形成建筑物。

在早期的工作中，杰克逊和同事报告了罗马混凝土的一些不寻常的化学成分，例如存在一种称为铝矿的稀有矿物。在这项新研究中，科学家们将从意大利波佐利港罗马时代遗留下来的水泥建筑中收集的混凝土样本发送到加利福尼亚州的劳伦斯伯克利国家实验室。在这里，研究人员使用X 射线同步加速器—— 高级光源来绘制样本中矿物质的位置。

研究人员最终发现了一种称为钙十字石的硅酸盐矿物，这种矿物在火山岩中很常见，钠长石晶体就是用它来生长的。当海水冲走混凝土，使其变得更加碱性时，雪花石膏似乎是从钙镁石中生长出来的。

“这在地球上非常罕见，”杰克逊说。这种类型的结晶仅在冰岛的萨塞火山等地方发现。随着雪花石膏的生长，它可能会使混凝土变得更坚固，因为它长而片状的晶体使材料在受力时能够更大程度地弯曲而不是破碎。

研究人员指出，关键是古罗马水泥与海水接触后，海水会溶解火山灰的一些成分，然后在这些缝隙中慢慢形成新的矿物质，比如含铝的雪花石膏。这些矿物质不仅强度高，而且还将原有的建筑连接成一个更坚固的整体。因此，这样的建筑可以随着海浪的冲击而“一天比一天坚强”。

古罗马水泥没有掉落

比利时根特大学的材料工程师内勒·德贝利(Nele DeBelie) 表示，现代混凝土制造商可以向古罗马人学习。她和她的同事使用煤炭燃烧过程中产生的粉煤灰等材料来赋予混凝土“自愈”特性。这些材料形成后，它们会闭合裂缝。粉煤灰类似于罗马人在混合物中使用的火山灰。

杰克逊一直致力于在实验室中重现罗马人的混凝土配方，她还是内华达州一家水泥公司的顾问，该公司正在利用美国西部的火山灰开发这种混凝土结构。

“我并不是说这将成为日常基础设施中使用的混凝土，”杰克逊说。 “但对于像海堤这样的材料，我们可以像罗马人那样研究石灰和火山灰材料的混合物。”她说：“罗马人可能是通过研究火山喷发的火山灰如何在耐用的岩石中结晶而得出这个想法的。”

研究人员表示，现在可以在实验室合成含铝雪花石膏，但将矿物分散到现代水泥中很困难，而古罗马水泥与海水的反应需要很多年，很难在实验室实现。在实践中推广。未来，他们将进一步探索如何模仿这种反应机理，开发出性能更好的水泥。

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