罗马混凝土为何千年不坏？1900年前厕所提供线索

图片来源：Carole Raddato，Flickr，CC BY-SA 2.0授权

古罗马的基础设施历经岁月洗礼，至今屹立不倒。如今漫步意大利，仍能看到距今约两千年的混凝土建筑、道路和输水渠。反观现代混凝土，通常约100年就会风化碎裂https://www.unsw.edu.au/newsroom/news/2016/06/the-problem-with-reinforced-concrete0。

长期以来，科学家一直试图破解古罗马混凝土耐久性的秘密。此前他们普遍认为，这种材料经久耐用的关键在于火山灰、石灰与水发生的火山灰反应。这一结论如今依然成立，但研究人员发现，背后的奥秘不止于此。

最新研究表明，另一种名为碳化作用的化学反应，同样对古罗马混凝土的长寿功不可没。这项成果于7月8日发表在《科学进展》期刊https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb0754上，有望助力研发更具可持续性、更耐用的混凝土材料。

为开展此次研究，科研团队前往罗马以东约17英里处的哈德良别墅https://whc.unesco.org/en/list/907/——这座已有1900年历史的建筑群是联合国教科文组织认定的世界遗产。别墅规模宏大，堪称建筑奇迹，而其中的公共厕所堪称科研宝藏：它们为研究原始状态的古罗马混凝土提供了前所未有的机会，这些混凝土从未被现代工艺改动过。

“没人会去修复厕所，”加州大学伯克利分校的土木工程师、该研究合著者保罗·J·M·蒙泰罗https://ce.berkeley.edu/people/faculty/monteiro告诉《科学美国人》https://www.scientificamerican.com/article/how-a-1-900-year-old-latrine-helps-explain-why-roman-concrete-lasts/的记者萨姆·麦克唐纳，“所以这些材料在19个世纪里始终保持原样，相当于默默完成了一场我们当代人无法开展的实验。”

补充背景：哈德良是谁？

哈德良https://www.britannica.com/biography/Hadrian是公元117年至138年的罗马皇帝，最广为人知的功绩是下令在英格兰北部修建哈德良长城https://www.smithsonianmag.com/history/fears-fueled-ancient-border-wall-180963025/，以保护罗马行省不列颠免受今苏格兰地区族群的侵扰。

蒙泰罗及其团队从厕所的座便器下方取了一份混凝土样本，带回实验室后用高倍显微镜观察、X射线扫描，并分析其化学成分。

不出所料，样本中确实存在火山灰、石灰与水结合的反应痕迹。但进一步观察混凝土的孔隙和裂缝后发现，方解石（一种含钙、碳、氧的矿物）https://nhmu.utah.edu/articles/what-is-calcite才是主要黏合剂。

大气中的二氧化碳与混凝土中的钙化物发生反应，形成坚硬的方解石，其主要成分为碳酸钙https://uwaterloo.ca/earth-sciences-museum/resources/detailed-rocks-and-minerals-articles/calcite-limestone-and-marble。这种矿物会填充混凝土内部的微小裂缝和孔隙，让古建筑随时间推移愈发坚固，实现自我修复。

蒙泰罗在一份声明https://engineering.berkeley.edu/news/2026/07/researchers-shed-new-light-on-ancient-concretes-extraordinary-durability/中表示：“火山灰反应固然至关重要，但我们的研究发现，长期的碳化作用同样能提升混凝土的耐久性，还能在材料老化过程中自动填补裂缝。”

这项研究是对2023年一项成果的延伸。当年的研究指出，古罗马混凝土之所以能自我修复，是因为制作过程中使用了生石灰（石灰岩的一种形态），化学反应后在材料中留下富钙沉淀物。这些沉淀物遇水（比如雨水）会重结晶，填补裂缝https://www.smithsonianmag.com/smart-news/self-healing-concrete-may-have-preserved-ancient-roman-structures-180981411/。

而新研究让碳酸盐成为焦点。麻省理工学院材料科学家阿德米尔·马希奇https://cee.mit.edu/people_individual/admir-masic/是2023年研究的合著者，但未参与此次研究，他告诉《科学美国人》：“这项研究进一步证实，碳酸盐在古罗马混凝土体系中并非边缘角色，而是发挥着核心作用，其动态性远超预期。”

蒙泰罗和团队希望，通过破解古罗马混凝土的原理，帮助现代专家研发环境影响更小的混凝土。混凝土是全球消耗量最大的材料之一https://climate.mit.edu/explainers/concrete，但其生产过程会排放大量温室气体二氧化碳，占全球碳排放总量约8%。据联合国统计，2050年全球现存建筑中，约有一半尚未动工https://www.unep.org/news-and-stories/story/why-making-buildings-greener-crucial-countering-climate-change，因此研发低碳建筑材料迫在眉睫。

蒙泰罗在声明中说：“这项研究表明，探索古代工程技术能带来重要启发。我们希望，解开古罗马混凝土耐久性的秘密后，未来能实现可持续的现代基础设施建设。”