古罗马混凝土为何经历千年依然耐用？

古罗马混凝土的千年之谜

混凝土是古罗马帝国的基石。它不仅推动了罗马那场影响深远的建筑革命，还用于建造了众多建筑、桥梁和渡槽。这些结构中的许多至今仍在使用，距今已有2000多年。为何古罗马混凝土会何如此经久耐用？

近十年来，物理化学家Admir Masic一直致力于研究罗马混凝土的化学成分，以解释为何众多古罗马著名建筑远比现代的同类结构更为耐久。在2023年发表的一项研究中，他与合作者通过进行材料化学成分分析，推断出了赋予罗马混凝土超长耐久性的制作工艺。

当时，那项研究的样本取自意大利西南部普里韦尔诺（Priverno）的一段古城墙。这座古城于公元前4世纪被罗马征服。但一个问题在于：这一城墙样本是否足以代表罗马帝国时期建造的其他混凝土结构。

在一项新发表于《自然·通讯》杂志的研究中，Masic团队通过对庞贝古城一处新发现的建筑遗址进行取样分析，证实了他们此前所提出的制作工艺。

热拌工艺 vs 维特鲁威的记载

回到2023年的研究中，研究人员重点关注了古罗马砂浆中普遍存在且十分显眼的白色矿物颗粒——石灰碎屑（lime clasts）。他们在论文中描述了一种能赋予混凝土耐久性的制作过程：在加水之前，先将石灰碎块与火山灰等干性原材料混合。一旦水被加入了干性混合物中，砂浆就中就会产生热量。随着混凝土的凝固，这一“热拌”过程就会将石灰碎屑固定并保存下来。当混凝土出现裂缝时，这些石灰碎屑会重新溶解并填充裂缝，从而赋予混凝土自我修复的特性。

但这引发了一个问题：Masic团队所描述的制作工艺，与古罗马著名建筑师维特鲁威（Marcus Vitruvius Pollio）所记载的并不一致。维特鲁威堪称古代建筑理论的奠基人，他所著的《建筑十书》（De architectura）写于公元前1世纪，是迄今已知最早的建筑理论著作，影响极为深远。书中提到，罗马人制作混凝土时，会先将石灰与水拌成膏状，再与其他材料混合。

这让Masic很沮丧，他表示：“维特鲁威是我非常尊重的学者，因此很难直接质疑其记述的准确性……正是他的著作激发了我对古罗马建筑的浓厚兴趣，而我的研究结果却与这些重要的历史文献相悖。”

难道，Masic及其团队的推论错了？

被时间封存的古代工地

最近，考古学家在庞贝发现了一处保存完好的古代建筑工地遗址，其中包含建筑原材料堆和施工工具，这为进行进一步研究提供了前所未有的契机。Masic表示，当他首次踏入这处庞贝遗址，目睹保存完好的工作场景时，不禁热泪盈眶。他回忆道：“那一刻，我仿佛看到古罗马工人手持工具在料堆间穿梭。场景如此鲜活，犹如穿越时空。”

公元79年，维苏威火山的喷发摧毁了庞贝，却也奇迹般地保存了这个城市正在进行的所有建筑活动。对于研究古罗马混凝土技术而言，这场灾难创造了一座“被时间封存的工地”。与大多数只剩碎片的遗址不同，庞贝的施工材料、工具、砂浆层都被完整埋藏，并带有精准的时间标记。这使研究人员能够直接看到罗马工匠在当年究竟是如何配制和使用混凝土的，而不再只依靠古代文献推测。

在新的研究中，研究团队分析了多种样本：预拌干料堆、施工中的墙体、已完成的扶壁与结构墙，以及既有墙体的修补砂浆。

这个遗址中的样本，为罗马人使用热拌工艺提供了最清晰的证据：混凝土样本中不仅含有Masic在之前一篇论文中所述的石灰碎屑，研究团队还在干料堆中发现了与其他成分预拌的完整生石灰碎块——这正是制备热拌混凝土关键的第一步。

通过稳定同位素研究，他们追踪了这些关键的碳化反应随时间推移的变化，从而区分了热拌石灰与维特鲁威所记载的熟石灰。分析结果表明，罗马人制作胶凝材料时，会先将煅烧石灰石（生石灰）研磨至特定颗粒大小，然后将其与火山灰干混，最后再加水形成胶凝基质。

研究人员还分析了混凝土中的火山灰的成分，包括一种称为浮石（pumice）的火山灰。他们意外发现，浮石颗粒会随时间与周围孔隙液发生化学反应，形成新的矿物沉积，从而进一步增强混凝土的强度。

重写历史

这些发现具有重要意义，因为罗马混凝土耐久、自愈且属于动态体系。火山质成分中的孔隙可通过再结晶被填充，这是一种理想的过程，研究人员希望将其应用到现代材料中。

至于维特鲁威的记载，Masic推测可能存在误读。他指出，维特鲁威在描述水泥搅拌过程时也提及了“潜热”现象，这或许暗示其所指的正是热拌工艺。

#参考来源：

https://news.mit.edu/2025/pompeii-offers-insights-ancient-roman-building-technology-1209

https://www.nature.com/articles/s41467-025-66634-7

#图片来源：

封面图&首图：Archaeological Park of Pompeii