科学家发现古罗马人是如何制造“自我修复”的水泥

几代人以来，有一个问题一直困扰着全世界的历史学家和考古学家--古代罗马人是如何建造出如此坚固的水泥结构，以至于至今仍屹立不倒?

本周由麻省理工学院（更好地称为MIT）发表的一项研究最终回答了罗马人是如何做到的。

参与这项研究的科学家来自哈佛大学、意大利DMAT和瑞士Meccanica dei Materiali研究所。

石灰碎屑--是石灰石的块状物--以前被认为是不良水泥混合技术的副产品，而实际上，它们以有趣的方式帮助将水泥粘合在一起。

这项研究的作者、麻省理工学院教授Admir Masic说，他一直对这项技术很感兴趣。

Admir Masic说：“自从我第一次开始研究古罗马混凝土以来，我就一直对这些特征感到着迷。”

“这些在现代混凝土配方中是找不到的，那么为什么它们会出现在这些古老的材料中呢?”

研究表明，古罗马人使用活性形态的石灰(一种被称为生石灰的材料)，并将其与石灰石混合，产生一种可以自愈水泥的化学反应，这一过程被称为“热混合”。

罗马的帕台农神殿和水渠等古罗马建筑有大量的未加固的水泥。

这些建筑早在公元128年就已建成，现在仍然屹立不倒，甚至以其原始形式运行。

该研究表明它们的耐久性来自于热混合过程。

目前还不知道古罗马的建造者是否知道他们创造了这种粘合剂，或者这只是纯粹的运气--然而，科学家们说，今天屹立不倒的大多数古代水泥结构都含有相同的化学成分，这些化学成分是由热混合过程制成的。

它是如何工作的？

生石灰主要是由碳酸钙组成的。

古罗马的建筑者将生石灰与其反应性较低的同类产品石灰碎屑混合，以创造一种自愈的材料。

当新结合的材料形成时，石灰碎块在其表面形成微小的脆性钙纳米颗粒。

纳米钙颗粒具有高度的反应性，因此当水泥中形成微小的裂缝并开始有水渗入时，钙和水就会引起化学反应，使水泥重新结晶为碳酸钙，在其自身顶部形成裂缝时填充裂缝。

这种化学反应是瞬间同时发生的，这意味着水泥中的裂缝可以在它们扩散之前自我“愈合”。

研究小组通过模仿古代的水泥混合技术证明了这是罗马人建造坚固的水泥结构的方式。

研究小组混合了两种水泥块，一个有生石灰混合物，另一个没有。

在将水倒入含有生石灰的仿制水泥后的两周内，裂缝就完全“愈合”了。

同一块没有添加生石灰的水泥块，裂缝一直没有愈合，而且裂缝还在继续蔓延。

他们测试的成功促使该团队考虑将这种水泥的自我修复潜力商业化。

Admir Masic说：“想到这些更耐用的混凝土配方不仅可以延长这些材料的使用寿命，而且还可以提高3D打印混凝土配方的耐用性，这真是令人兴奋。

Admir Masic希望这种新的水泥混合技术可以帮助最大限度地减少现代水泥制造对环境的影响，因为现代水泥制造占全球温室气体排放量的8%。