古羅馬混凝土為何越老越堅固？科學家揭開千年秘密(圖)
哈德良別墅（圖片來源：FrDr/wikimedia/CC BY-SA 4.0）
【看中國2026年7月20日訊】（看中國記者路克編譯/綜合）據《ScienceAlert》報導，古羅馬建築歷經千年風雨依然屹立不倒，長期以來都是建築學和材料科學領域的一大謎題。最新發表於國際期刊《科學進展》（Science Advances）的研究發現，除了此前廣為人知的火山灰化學反應外，空氣中的二氧化碳經過數百上千年的緩慢作用，同樣是古羅馬混凝土越「老」越堅固的重要原因。這項發現不僅進一步揭示了古羅馬工程技術的奧秘，也可能為開發更耐久、更環保的現代混凝土提供新的思路。
火山灰之外 科學家發現另一項關鍵機制
過去數十年來，科學界普遍認為，古羅馬混凝土之所以擁有驚人的耐久性，主要得益於一種名為「火山灰反應」（pozzolanic reaction）的化學過程。古羅馬人在石灰中摻入富含硅、鋁成分的火山灰（pozzolan），兩者反應後形成穩定的礦物結構，使混凝土具有極高的強度和抗侵蝕能力。
不過，由美國加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）工程學教授保羅·蒙泰羅（Paulo Monteiro）與北京工業大學（Beijing University of Technology）教授朱曉紅（Xiaohong Zhu）共同領導的研究團隊發現，這只是古羅馬混凝土長壽命秘密的一部分。
研究顯示，在漫長歲月中，空氣中的二氧化碳不斷滲入混凝土，與內部殘留的石灰髮生緩慢反應，逐漸生成大量方解石（calcite）晶體。這些晶體不斷填充混凝土中的微小孔隙和裂縫，使內部結構愈發緻密，並阻止裂縫進一步擴展，從而讓混凝土隨著時間推移反而變得更加堅固。
蒙泰羅表示，火山灰反應仍然是古羅馬混凝土耐久性的基礎，但研究表明，長期碳化作用（carbonation）同樣能夠提高混凝土的耐久性，並幫助其在老化過程中逐步封閉裂紋。
一塊古羅馬廁所混凝土 揭開千年工程之謎
與許多人想像不同，此次研究樣本並非來自舉世聞名的萬神殿（Pantheon），而是取自義大利蒂沃利（Tivoli）哈德良別墅（Hadrian's Villa，又稱Villa Adriana）內一座建於公元2世紀的公共廁所。
研究團隊利用高解析度電子顯微鏡、X射線斷層掃瞄等多種先進分析技術，對這塊古老混凝土進行了納米尺度研究，首次完整繪製出其內部礦物結構的三維分布。
研究人員發現，方解石並非混凝土老化過程中產生的普通副產品，而是在數百年的碳化過程中持續結晶，在裂縫、孔洞及礦物顆粒之間形成天然「膠結層」，不僅提高了整體密度，也減少了水分及其他有害物質繼續滲透，對混凝土起到了長期保護作用。
《Phys.org》指出，過去雖然已有研究發現羅馬混凝土中存在方解石，但此次研究首次系統分析了這些礦物在三維空間中的分布方式，進一步證實其對材料長期耐久性具有重要貢獻。
與MIT發現相呼應 「自我修復」機制逐漸完整
事實上，近年來科學家一直在持續破解古羅馬混凝土的秘密。
2023年，美國麻省理工學院（MIT）曾發表研究指出，羅馬混凝土中存在大量石灰團塊（lime clasts），當雨水滲入裂縫時，這些石灰會重新發生化學反應，生成新的碳酸鈣，從而實現類似「自我修復」的效果。
此次最新研究，則進一步完善了這一理論框架。研究團隊認為，即使沒有新的裂縫出現，空氣中的二氧化碳仍會持續與石灰髮生碳化反應，不斷形成新的方解石晶體，對混凝土進行長期加固。因此，古羅馬混凝土並非靜止不變，而是一種能夠持續發生礦物演化的建築材料。
研究人員認為，這意味著古羅馬工程師無意中創造了一種能夠伴隨歲月不斷優化自身結構的混凝土，其耐久性遠超現代普通混凝土。
為低碳建築提供啟發 但現代工程仍無法照搬
從擁有全球最大無鋼筋混凝土穹頂的羅馬萬神殿，到哈德良別墅內不起眼的公共廁所，大量古羅馬建築至今依然保存良好，充分體現了當時工程技術的先進水平。
不過，研究人員強調，現代建築無法簡單複製古羅馬混凝土配方。如今的大型橋樑、高層建築和基礎設施普遍採用鋼筋混凝土，而鋼筋鏽蝕是現代建築面臨的重要問題，這是古羅馬工程師當年無需考慮的挑戰。
儘管如此，研究團隊認為，深入理解古羅馬混凝土中火山灰反應與長期碳化作用如何協同增強材料性能，將有助於研發更加耐久、維修成本更低、碳排放更少的新一代建築材料。
加州大學伯克利分校在新聞稿中指出，建築業是全球碳排放的重要來源之一。如果能夠借鑒古羅馬混凝土的長期礦物演化機制，未來有望開發壽命更長、更加可持續的低碳混凝土，減少建築物維修和重建頻率，從而降低整個行業的環境負擔。
蒙泰羅表示，探索古代工程技術往往能夠帶來意想不到的科學啟發，希望通過破解古羅馬混凝土耐久性的秘密，最終推動現代基礎設施邁向更加可持續的發展。