忽視一個現代混凝土結構幾十年，它就會開始分崩離析–然而，古羅馬人建造的結構在2000年後仍然堅挺。現在，工程師們已經發現了一種幫助古代混凝土自我修復裂縫的成分，並展示了我們如何能夠重新創造這種配方，使新的建築物更持久。

混凝土是世界上最常用的建築材料，但它並非不受損害。天氣和壓力會導致微小的裂縫，這些裂縫會發展成更大的裂縫，最終威脅到整個結構的完整性。這可能需要昂貴的維護或更換，以防止災難性的損壞。

相比之下，古羅馬結構經受了兩千多年的時間考驗。為了找出原因，科學家們長期以來一直在顯微鏡下檢查材料的樣本，以研究其成分並發現賦予這種強度的成分。

由意大利一個特定地區的火山灰製成的Pozzolanic材料，具有突出的特點。石灰也是如此，在以前的研究中發現，這有助於混凝土在碼頭等海洋環境中隨著時間的推移變得更加堅固。一種常見的包含物–毫米大小的白色礦物塊，稱為石灰碎塊–通常被視為一種副產品而被忽視，但在新的研究中，研究人員發現，它們的存在可能是有原因的。

該研究的主要作者Admir Masic說：”這些石灰碎塊的存在僅僅歸因於低質量控制，這種想法一直困擾著我。如果羅馬人為製造一種傑出的建築材料付出瞭如此多的努力，遵循所有經過許多世紀優化的詳細配方，為什麼他們會在確保生產出混合良好的最終產品方面付出如此少的努力？這個故事一定有更多的內容。”

左圖：意大利Privernum考古遺址，本研究在那裡收集了古代混凝土樣品。右圖。其中一個樣品中的成分的假色圖，其中有一個大的鈣包合物（紅色）MIT

研究小組使用了一些成像和化學繪圖技術來更仔細地檢查石灰碎塊，並發現它們是由碳酸鈣類型的物質在高溫下形成的。這表明它們是通過直接添加（或”熱混合”）生石灰製成的，生石灰是一種比古羅馬人假定使用的石灰形式更具反應性的形式。

“熱攪拌的好處是雙重的，”Masic說。”首先，當整個混凝土被加熱到高溫時，它會出現如果只使用消石灰就不可能出現的化學成分，同時產生高溫相關的化合物，否則就不會形成。第二，由於所有的反應都加快了，這種溫度的提高大大減少了固化和凝固時間，使施工速度大大加快。”

但更重要的是，這些石灰碎塊在混凝土的自我修復中發揮了積極作用。熱攪拌過程使夾雜物變脆，因此，當混凝土中形成微小的裂縫時，它們會比周圍的材料更容易穿過石灰塊。當水進入裂縫時，就會與石灰髮生反應，形成一種溶液，重新硬化成碳酸鈣並堵塞裂縫。它還可以與沸石材料反應，進一步加強混凝土本身。

因此，研究小組說，這些石灰碎塊不是不需要的副產品，而是有其存在的理由。這種自我修復機制可能是古羅馬混凝土結構長壽的一個主要因素。

為了測試這一假設，研究人員製作了古代和現代混凝土的熱混合樣本，然後將它們敲碎，並讓水長時間流經裂縫。兩週後，古代混凝土樣本的裂縫已經癒合，阻止了水的流動。另一方面，現代材料則完全沒有癒合。

研究小組說，這一發現不僅有助於我們了解古代工程的秘密，而且也可以幫助改進現代混凝土配方。為此，研究人員正在採取步驟使這種材料商業化。

該研究發表在《科學進展》雜誌上。