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千年羅馬建築不倒之謎

2017/7/10 — 19:09

研究人員採集羅馬時期混凝土樣本
Credit: J.P. Oleson

研究人員採集羅馬時期混凝土樣本
Credit: J.P. Oleson

遊走意大利海邊,仍會見到不少過千年前古羅馬帝國淪陷後遺留下來的古老海岸建築。古羅馬建築物物料不僅歷久不衰,甚至變得更為強韌,但科學家一直以來都不清楚當中秘訣。

猶他州大學研究人員 Marie Jackson,帶領中、美、意三地科學團隊,就從有 2000 年歷史的古老羅馬海堤和碼頭的混凝土中找到答案。

現代混凝土主要成份為水泥、骨料和水等原材料混合,再以鋼筋加固。不過,其壽命會比天然岩石短。相反,古羅馬混凝土成份則完全不同。根據古羅馬工程師 Marcus Vitruvius 的紀錄,只要將材料混合海水,混凝土就會產生熱力,「抽乾」混合物中的水份且凝固。循此方向查證,研究人員 Marie Jackson 在 2014 年從古老羅馬海牆和碼頭混凝土取下樣本,發現當中除了火山碎屑凝灰岩、混合海水和石灰等物質外,還有大量鋁雪矽鈣石 (aluminous tobermorite) 。他們更發現,鋁雪矽鈣石令礦物晶體在石灰分子中增長。不過,這現象只能在高溫中出現。所以,科學家一直都不了解羅馬人的秘訣。

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直至今年,Jackson 和研究隊伍延續 2014 年研究,在新研究中以高解像 X–光微繞射和光譜學技術,分析古羅馬混凝土中所有成份。他們發現會海水將凝灰岩物質分解,分解出來會產生極鹼物質;久而久之令除了鋁雪矽鈣石外,另一種相關物質鈣十字石 (Phillipsite) 在混凝土中形成晶體,令建築物變得更穩固。

雖然科學家發現到鋁雪矽鈣石和鈣十字石會因海水變得更堅硬,但是要將這類物料應用到現代社會亦不容易。一來,製作方法已失傳多年;二來,火山物料並非隨處可得。儘管如此,今次研究或仍能讓科學家找出新方法製造混凝土,未來海岸建築可能會變得更為穩固。 

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來源:
ScienceAlert, Why 2,000 Year-Old Roman Concrete Is So Much Better Than What We Produce Today, 4 July 2017

報告:
Jackson, M.D., Mulcahy, S.R., Chen, H.,  Li, Y., Li, Q., Cappelletti, P., Wenk, H. (2017). Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete. American Mineralogist, DOI: 10.2138/am-2017-5993CCBY

文/Edward Ho 、審核/Alan Chiu

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