古羅馬建築千年不倒 科學家試圖解謎

古羅馬建造的萬神殿、羅馬競技場等雄偉建築，已屹立數千年不倒。發表於《科學進展》（Science Advances）期刊的研究日前表示，終於明白羅馬建築的神祕成分，如何使得羅馬人的建築歷久不衰，還能在碼頭、下水道及地震帶等棘手的環境中，創造出精美複雜的建築結構。

美國、義大利和瑞士研究人員組成的跨國團隊分析了混凝土樣本，來自義大利中部考古遺址普里韋爾諾的城牆，有兩千年歷史，且與羅馬帝國發現的其他混凝土成分相似。

被忽略的石灰碎屑

研究團隊發現，混凝土中被稱為石灰碎屑（lime clasts）的白色厚塊，能讓混凝土修復因時間而產生的裂縫。但先前這些白色的塊狀物都被科學家忽略了，只把它們視作混凝土混合過稀或使用劣質原料的證據。

「很難相信古羅馬工程師會出現這樣的失誤，因為無論在挑選或是處理材料上，他們都相當謹慎。」論文作者、麻省理工學院土木與環境工程學副教授阿德米爾．馬斯（Admir Masic）表示。

「學者寫下了精確的混凝土製作法，且廣泛應用於羅馬帝國境內的工程中。」馬斯補充。

這次發現有助於製造更加耐久的混凝土，甚至可能改變整個社會，達到羅馬人曾經的輝煌。

「混凝土導致羅馬人出現了建築革命。」馬斯說，羅馬人有能力創造，並將城市變成美麗且令人驚豔的居住地；這場革命澈底改變人類居住方式。

熱拌法是持久耐用關鍵

混凝土為人造石頭，由水泥混合所構成。水泥是一種黏合劑，原料包含石灰岩、水、細粒料（砂或細碎石）和粗粒料（礫石或碎石）。

馬斯說，羅馬文檔曾顯示黏合劑中有使用熟石灰，這也是為何過去學者們斷定羅馬的混凝土是由熟石灰製成。

研究人員進一步調查發現，石灰碎屑的產生，與混合混凝土時使用生石灰（氧化鈣）有關，可能為單獨使用生石灰，或生石灰與熟石灰結合。熟石灰是在石灰與其他成分混合前即先加水混合；生石灰為乾燥的石灰岩，具活性與危險性，易起化學反應。

對混凝土進行更多的分析顯示，極高溫度下所形成的石灰碎屑與生石灰的使用有關，而「熱拌」（hot mixing）則是混凝土持久耐用的關鍵。

「熱拌法的好處是雙重的。」馬斯提到，當混凝土整體加熱至高溫，便能充分發揮化學特性，產生除了高溫外無法產生的化合物，若只使用熟石灰則不能。升高的溫度大幅減少固化及凝固時間，因所有的化學反應都加速了，建造過程也能更加迅速。

混凝土自我修復能力

針對羅馬的混凝土自我修復能力是否來自石灰碎屑，研究團隊進行一項實驗，製作兩種混凝土樣本，一種依循羅馬人的配方，另一種則按照現代標準，接著故意使樣本產生裂縫。兩週後，水無法流過依羅馬配方所製作的混凝土，卻可順利穿越不含生石灰的混凝土塊。

研究結果顯示，石灰碎屑能溶解於裂縫中，並在暴露於水中後再次結晶，讓因侵蝕、風化所形成的裂縫，在擴大前便癒合。研究人員表示，這項自我修復能力，為製作更耐久、更永續的現代混凝土創造了條件。

研究人員多年來認為，來自拿坡里灣波佐利地區的火山灰，是羅馬建築物堅固的原因。火山灰被運送至羅馬帝國各地，於建造中使用，且當時的建築師和歷史學家記載，這種火山灰被視為混凝土的重要原料。

馬斯表示，兩種成分都相當重要，然而過去石灰一直被忽視。◇