MIT科学家:古罗马混凝土能自我修復

古罗马人是工程大师,许多当时的建筑遗迹至今仍然存在,甚至仍在使用,这些建筑很多是用混凝土建造,譬如罗马着名的万神殿圆顶,就是当今世界上最大的无钢筋混凝土圆顶,于西元128年落成,至今仍完好无损,对比许多现代混凝土结构在几十年后就倒塌,古罗马的配方肯定有所不同。科学家发现,原来古罗马混凝土中有自动修復的神祕配方。
MIT科学家:古罗马混凝土能自我修復

  不只万神殿,古罗马时期建造的架空水槽,至今很多仍在使用。科学家一直想知道,这些能承受特别恶劣条件的结构中,例如码头、下水道和海堤,或在地震活跃地区建造的结构,到底有什么不同。

  多年来,研究人员一直认为古代混凝土耐久性的关键是基于一种成分,即火山灰原材料,例如来自那不勒斯湾波佐利地区的火山灰。后来科学家发现,古代混凝土中还包含毫米级的亮白色矿物,这些白色块状物被称为石灰碎屑,源自石灰,这些在现代混凝土配方中是找不到的。

  原本科学家认为古罗马人是将熟石灰与火山灰混合,但是来自麻省理工学院、哈佛大学以及意大利和瑞士科学家认为没这么简单,他们发现,这些微小的石灰碎屑让混凝土能够自癒,原因是这些原材料与科学家预期的略有不同,而且用于混合它们的技术也不同。

  关键在多使用了生石灰。研究发现,罗马混凝土中的石灰碎屑,可能是将生石灰直接与火山灰和水在极高温度下单独混合,或是与熟石灰混合製成,研究团队称之为热混合的产物,而在热混合过程中,石灰碎屑会形成一种特有的脆性奈米颗粒结构,形成一种容易破碎和反应的钙源,提供关键的自我修復功能。

  一旦混凝土内开始出现微小裂缝,这些钙源就会优先穿过高表面积的石灰碎屑,这种原材料可以与水反应,形成钙饱和溶液,重新结晶为碳酸钙,并迅速填充裂缝,或与火山灰原材料反应,进一步强化复合原材料。科学家称,这些反应是自发的,会在裂缝扩散之前自动修復裂缝。

  研究团队还进行验证,製作古代和现代配方的热拌混凝土样品,故意让样品开裂,然后让水从裂缝中流过,结果不到两週,古代配方的混凝土裂缝就完全癒合,水也无法穿透。但是一块没有生石灰的相同混凝土从未癒合,水不断流入。科学家认为,2000年前建造的罗马海堤混凝土,能够在海洋不断遭受衝击的情况下仍完好无损的保存数千年,关键原因就在于自癒。

  科学家认为,这些更耐用的混凝土配方不只可以延长原材料的使用寿命,还可以提高3D列印混凝土配方的耐用性,也可以减少水泥生产对环境的影响。研究已刊登在《科学进展》期刊◆

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