古罗马人更擅长制造混凝土

罗马人为我们做过什么？是的，他们为我们提供了卫生设施、道路、输水管道、公共秩序、葡萄酒和教育。但他们却懒得写下他们极其耐用的混凝土的配方。

因此，2000 年后，我们艰难地用波特兰水泥建造桥梁和海堤，但它们却不断被海洋的腐蚀性运动所破坏。与此同时，罗马海堤和港口却矗立在那里，自鸣得意、坚固无比，公然嘲笑我们的技术能力，就像它们几千年来所做的那样。

那些混蛋。

但是，罗马人，我们已经了解了你们和你们的具体秘密。在本周《美国矿物学家》杂志上发表的一篇论文中，一个国际研究小组揭示了罗马人成功的部分秘诀。

成功的一部分原因在于材料。罗马领土附近有很多喷出火山灰的火山。（是的，我说的就是维苏威火山。）就像今天的许多科学家一样，当时的研究人员也从大自然中获取灵感，并注意到这些火山附近的一些火山灰可以硬化成一种叫做凝灰岩的岩石，这种岩石确实非常坚硬。

早在公元前 30 年，一位名叫维特鲁威的罗马工程师兼建筑师就发现，当你将凝灰岩与灰烬、石灰（建筑材料，不是水果）和海水混合在一起时，你就会开始得到非常坚固的混凝土。这种混合物会产生一种称为火山灰反应的化学反应，这种反应可以在混凝土浇筑后的两年内释放热量（约 150-200 华氏度）。

在某些情况下，我们今天仍然使用类似的系统来制造混凝土，利用化学反应的能力，通过产生新的矿物质和填补小空隙来增强最终混合物的强度。但这仍然无法解释罗马版本的混凝土的坚固性，尤其是在海水中。这种材料在咸味腐蚀性海浪下不但没有分解，反而似乎变得更坚固了。

“我们研究的系统与水泥基混凝土中人们不希望看到的一切相反，”这项研究的首席作者、犹他大学地质学家玛丽·杰克逊在一份声明中说。“我们研究的系统在与海水进行开放化学交换时蓬勃发展。”

这很令人惊讶，因为海水往往更擅长破坏而不是建造。如果时间足够长，水可以在地球上雕刻出巨大的峡谷，尤其是海水中充满了矿物质和盐，它们会腐蚀建筑物和船体。

通过钻探罗马建筑并在劳伦斯伯克利国家实验室的同步加速器光束线中分析样本，杰克逊和同事发现证据表明，当海水渗透到混凝土中时，海水中的矿物质会与灰烬中的矿物质发生反应，形成铝硅钙石和钙十字石等矿物。

这些矿物质可以在火山灰反应过程中形成，此时高温占主导地位。研究人员也在高温实验室中创造了它们。但罗马混凝土中的矿物质是在火山灰反应结束后很长一段时间内通过更渐进的过程形成的。

杰克逊在一份声明中说：“没有人能在 20 摄氏度（68 华氏度）的温度下生产出雪硅钙石。哦——除了罗马人！”

结果是：在地球上一些最严酷的建筑条件下，混凝土会随着时间的推移而变得更加坚固。

我们仍然不知道罗马混凝土的确切配方——它在历史上已经完全失传了——但杰克逊正在与同事合作创造一种类似物。

“罗马人很幸运，他们能利用这种岩石，”杰克逊在一份声明中说。“他们观察到火山灰会形成胶结物，从而形成凝灰岩。世界上很多地方都没有这种岩石，所以必须进行替代。”

目前，他们正考虑将美国西部的火山灰和海水用作新混合物。即使成功，这种混凝土也并非适用于所有情况。刚浇筑时，这种混凝土的强度远低于建筑物等中使用的现代混凝土。但对于设计为在海中使用寿命极长的结构（如可再生能源发电站）或长期储存危险废物（包括核材料）而言，它可能很有价值。