一种称为碳化的化学过程，能够帮助密封裂缝，或许能解释为什么许多古罗马建筑至今仍然屹立不倒。研究人员希望这些发现能促进现代建筑材料的改进。 Sara Hashemi | 每日通讯员 2026年7月14日 位于意大利提沃利的哈德良别墅中的“卡诺普斯”泳池。 Carole Raddato 通过Flickr发布，使用CC BY-SA 2.0 古罗马基础设施经受住了时间的考验。今天，在意大利你可以看到混凝土建筑、道路和水道，这些在大约两千年的时间里幸存下来。相比之下，现代混凝土通常在大约100年内就会崩溃。科学家们长期以来一直试图揭示罗马混凝土耐久性的秘密。多年来，他们认为其长久的原因在于一种关键的化学反应：火山灰与石灰和水反应而产生的火山灰反应。尽管这一点仍然成立，但事情似乎远没有那么简单。结果发现，另一种称为碳化的化学反应也可能对罗马混凝土的耐久性有所贡献。这项发现于7月8日在《科学进展》杂志上发表，可能帮助研究人员开发出更可持续和更具韧性的混凝土材料。 在此次研究中，研究人员前往距罗马约17英里，拥有1900年历史的哈德良别墅，这是一处联合国教科文组织世界遗产地。这个广阔的庄园是建筑奇迹，而其中一个科学瑰宝则是共用厕所。这为研究罗马混凝土提供了一个前所未有的机会，因为其状态未曾受到现代人手的干扰。 “没有人去修复厕所，”加州大学伯克利分校的土木工程师、研究联合作者Paulo J. M. Monteiro对《科学美国人》记者Sam Macdonald表示。“因此，材料在19个世纪中未受到干扰，静静地进行了一个无人生者能够启动的实验。” 需要知道：哈德良是谁？哈德良是公元117年至138年间的罗马皇帝。他因在现今苏格兰的邻近地区建造了哈德良长城，以保护罗马的英格兰省而闻名。Monteiro和他的同事从一个厕所座位下提取了混凝土样本。回到实验室，他们在高倍率显微镜下检查了样本，并用X射线扫描和分析其化学成分。如预期的那样，样本中含有火山灰、石灰和水结合成材料的证据。然而，更仔细地观察混凝土的孔隙和裂缝显示，方解石（含有钙、碳和氧的矿物）是主要的结合剂。当大气中的二氧化碳与混凝土中的钙化合物反应时，形成了硬的方解石矿物，含有大量的碳酸钙。该矿物填充了混凝土中的小裂缝和孔隙，使古代结构得以随着时间的推移而增强和自我修复。 “尽管火山灰反应至关重要，但我们的研究表明，长期的碳化过程也增强了混凝土的耐久性，并能帮助其在老化过程中密封裂缝，”Monteiro在一份声明中表示。这项研究基于2023年发布的一项研究，该研究表明，罗马混凝土可以自行修复裂缝，因为它是通过涉及生石灰（石灰岩的一种形式）的化学反应制成的，这在材料中留下了富含钙的沉积物。这些沉积物可以与水（如雨水）反应，并重新结晶以填补缺口。通过这项新研究，碳酸盐成为焦点。研究显示“碳酸盐在这些系统中更具活跃性，起着根本性而非边缘性的作用，”麻省理工学院的材料科学家Admir Masic说，他是2023年研究的共同作者，但未参与此项新工作，向《科学美国人》表示。 Monteiro和他的同事希望，通过理解罗马混凝土的工作原理，现代专家能够建造出对环境影响较小的混凝土。混凝土是全球使用最多的材料之一，但它的生产会排放大量的真空二氧化碳，约占全球排放量的8%。根据联合国的说法，预计到2050年将存在的建筑中大约一半尚未建成，这就是为何开发减少碳足迹的建筑材料的重要性。 “这项研究展示了探索古代工程技术如何能够带来重要启示，”Monteiro在声明中说。“我们希望通过破解罗马提高混凝土耐久性的秘密，最终能够实现可持续的现代基础设施发展。”