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羅馬混凝土具「自我修復」能力

羅馬帝國已逝去兩千年,但羅馬萬神殿(Pantheon)等許多古建築依然完好無損。研究發現,祕密就在於這些建築所用的混凝土。(Shutterstock)
羅馬帝國已逝去兩千年,但羅馬萬神殿(Pantheon)等許多古建築依然完好無損。研究發現,祕密就在於這些建築所用的混凝土。(Shutterstock)

【記者李言/綜合報導】羅馬帝國已消逝兩千年,但許多當時的古建築依然完好無損,如羅馬萬神殿(Pantheon)、西班牙塞哥維亞(Segovia)的高架水道,與英國的羅馬浴場(Roman Baths),這些雄偉的地標至今屹立不搖。

關鍵就在於古羅馬人所使用的混凝土。儘管其完整配方至今仍未完全解開,研究人員已發現這種材料具有極佳的持久性,甚至在雨水滲入後具備「自我修復」的能力。

火山灰強化羅馬混凝土結構

據「生命科學」報導,奧勒岡大學副教授迪卡斯(Kevin Dicus)指出,「混凝土,奠定了羅馬帝國的根基。」其中一項關鍵成分是火山灰,古羅馬人從波照里(Pozzuoli)地區採集並運往帝國各地。火山灰中的矽與鋁,能與石灰、水發生反應,在常溫下形成堅固且可水下硬化的結構。

另一項關鍵則是混凝土中保留的「石灰團塊」,即未完全反應的生石灰顆粒。這些團塊在混凝土出現裂縫並接觸水分後,會再次與水反應生成方解石,主動填補裂縫,展現「自我癒合」的能力。如羅馬建於兩千年前的塞西莉亞.梅特拉(Caecilia Metella)墓,曾觀察到裂縫中自然生成的方解石結晶。

熱混合法 是耐久與自癒關鍵

麻省理工學院研究團隊2023年發表研究成果指出,這種效應來自一種稱為「熱混合」的古法,即將火山灰、生石灰與水等材料加熱混合,與現代所用熟石灰法大不相同;熱混合能保留團塊,並促進其反應與快速凝結,是羅馬混凝土耐久與自癒的關鍵所在。

相比之下,現代常用的波特蘭(Portland)水泥,在製程中會將石灰高溫煅燒並磨成細粉,導致這些石灰團塊無法保留,自然也就失去自我修復能力。

儘管尚不確定羅馬人是否完全理解他們所掌握的工藝原理,但成果不言而喻。迪卡斯感歎,「即使今天再去觸摸羅馬古牆,依然能感受到兩千年前澆築的混凝土,堅硬如初。」相較之下,現代(波特蘭)水泥的壽命一般為75至100年。◇