古罗马建筑为何上千年屹立可保持不倒

揭开古罗马混凝土的奥秘：持续千年的建筑背后的秘密

据科学日报报道，罗马之旅如果不去那些经受时间洗礼的古罗马混凝土建筑，如万神殿、图拉真市场、罗马斗兽场等，便称不上完整。近日，一支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，发现了古罗马混凝土建筑持久不衰的关键。

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，研究团队深入研究了罗马火山灰砂浆的复制品。这些砂浆连接着古老的鹅卵石和砖块碎片，曾在康奈尔大学接受断裂测试实验。通过观察砂浆在固化过程中的矿物学变化，并将其与千年历史的原始样本对比，科学家发现了一种透明的水合物能够有效阻止微裂隙的传播。

研究团队的领军人物、火山学家玛丽·杰克逊指出：“砂浆通过板状水化硅铝酸钙（strätlingite）的结晶来阻止微裂隙的扩散。这种持久的钙-铝-硅酸盐矿物不仅加强了界面区和胶结基质，还保证了混凝土在地震活跃环境中的化学弹性和结构完整性。”这项重要研究已被发表在《美国国家科学院院刊》上。

罗马帝国的建筑杰作使用的混凝土复合物的砂浆，引起了科学家们的极大兴趣。不同于现代大多数基于石灰岩的硅酸盐水泥的混凝土，罗马建筑砂浆由火山灰、水和石灰混合而成，其煅烧温度远低于硅酸盐水泥。这一独特的配方导致碳排放大幅降低。杰克逊表示：“如果我们能在特定混凝土生产中找到结合大量火山岩石的方法，或许能显著减少生产过程的碳排放，同时提高其耐久性和机械阻力。”

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精确的X射线微观衍射测量。通过这一方法，他们获得了胶结微观结构不同点的衍射图样，从而可以检测矿物聚集物的变化，这些变化提供了化学过程活跃区域的精确指示。

杰克逊和她的同事观察到的矿物学变化显示，随着钙-铝-硅水合物（C-A-S-H）的胶接合并，水化硅铝酸钙晶体在火山渣和砂浆基质之间的界面区生长。这一过程使得砂浆在180天内逐渐获得强度和韧性。这些实验结果与对断裂砂浆样本进行电子计算机断层扫描的测量结果相符，也与研究团队对增加的断裂能量的计算结果相吻合。

杰克逊表示，未来研究的挑战在于寻找激活创新混凝土中聚合物的方式，让它们像古罗马建筑砂浆一样，在界面区形成加固的水化硅铝酸钙。“硅酸盐水泥混凝土界面区的高多孔性产生了裂缝通道容易形成和扩散的区域，”杰克逊说，“我们需要寻找一种更稳定、更持久的解决方案。”

对于罗马混凝土的这一深入，不仅让我们对古罗马建筑技术有了更深入的了解，同时也为现代混凝土生产提供了新的思路，为解决与建筑行业相关的碳排放问题提供了可能的解决方案。在繁华的罗马城市，蕴藏着无数历史的秘密。其中，一项重要的研究就从罗马的图拉真市场汲取了珍贵的样本。这些样本，如同时间的印记，蕴含着丰富的历史信息，为我们揭示了古罗马文明的辉煌与变迁。这一切的分享者，便是我们的研究合作作者维蒂。他向我们提供了这些宝贵的样本，使我们得以揭开历史的面纱，窥探古罗马文明的魅力。

在这项研究中，我们背后有一个重要的科研力量支撑，那就是我们的研究合作作者库恩茨博士。作为ALS光束线12.3.2的首席科学家，库恩茨博士以其深厚的学术背景和丰富的科研经验，为我们提供了宝贵的指导。他的专业知识和精湛技艺，使我们能够在研究的道路上走得更远，更深入地挖掘历史的秘密。

这项研究不仅仅是一次简单的之旅，它更是一次的学术挑战。在国家和大学的支持下，我们获得了资金的支持，使我们的研究得以顺利进行。在此，我们要感谢国家科学基金会和哈佛大学罗卜图书馆的慷慨支持。他们的资金支持为我们提供了强大的后盾，使我们能够在科研的道路上不断前行。也要感谢所有在背后默默付出的人员，他们的辛勤努力使得这项研究能够顺利进行。

这项研究的意义不仅在于揭示古罗马文明的秘密，更在于对我们现代社会的启示。通过研究古罗马文明，我们可以更好地理解我们的历史根源，理解我们的文化传承。我们也可以借鉴古罗马文明的智慧，为我们的现代社会提供启示和灵感。我们期待这项研究的成果能够为我们的社会带来积极的影响和启示。