我們不時會聽到建築物日久失修，以致混凝土剝落，對住戶以至路人帶來危險。反觀不少古羅馬混凝土建築卻堅固耐用，究竟是為什麼呢？今次就與各位分享一下近期相關的發現。

碎石水泥再加水 硬化形成新建材

古羅馬帝國發展蓬勃，版圖遼闊，古羅馬人也熱衷於興建各種混凝土建築物作不同用途。位於意大利羅馬的萬神殿（Pantheon）於公元100多年重建完成，至今已矗立近兩千年，仍有成千上萬遊客前往參觀；一些古羅馬時代建設的引水道，今天還在為羅馬提供淡水；更有不少混凝土建築用於船塢、水渠，每日面對海浪、污水的衝擊，但仍能保持完整。古羅馬人製造混凝土，是否有什麼秘訣？

先來認識一下什麼是混凝土。混凝土俗稱「石屎」，主要由碎石、水泥和水，再加上適當的化學添加劑混合而成。一般來說，碎石就好比混凝土的骨幹，由大小不一的石塊以至沙粒組成。水泥的主要成分為矽酸鈣，會與水發生化學作用，先是變成黏糊的狀態，然後再慢慢硬化，將附近的碎石連結成堅硬的材料。添加劑則藉由加入其他的化學材料以優化混凝土的特性。

曾以為關鍵是火山灰

一直以來，科學家們認為古羅馬耐用堅固的混凝土，跟意大利波佐利（Pozzouli）出產的火山灰有關。普遍來說，火山灰的成分會與水泥發生化學作用，增強混凝土的強度、防水度等。古羅馬帝國對波佐利的火山灰極度重視，會將這種重要的材料運往帝國各個角落作建築之用。

估計有加生石灰 高溫促化學作用

一個包括美國、意大利、瑞士等多國研究人員的國際團隊，剛於本年初發表了新的發現。在顯微鏡之下，我們可以看見古羅馬混凝土中充滿石灰碎屑，這些碎屑大約幾毫米大小，之前一直被認為是混凝土製作不夠完善的結果。這次的研究，卻發現這些石灰碎屑，原來有修復混凝土的功能。

研究團隊在混凝土樣本表面製造裂縫，再讓水從裂縫中流過。結果兩個星期後發現，依照古羅馬方法製作、充滿石灰碎屑的混凝土樣本，那些裂縫竟然能自行修復，以致水分不能再次流過；用現代方法配製的混凝土之上，卻沒有這種自我修復的現象出現。

研究人員猜想，這些石灰碎屑是混凝土較弱的部分，因此每當混凝土受壓，微小的裂縫會先於這些碎屑部分出現。不過，這些部分的石灰就可以馬上和附近的水分和材料發生作用，產生出新的混凝土將裂縫修補，使得裂縫不會繼續蔓延開去。

研究人員估計，有別於一般使用的熟石灰，古羅馬人在製作混凝土的時候，應該有用到生石灰。較為活躍的生石灰，會在製混凝土的時候產生較高的溫度。如此的高溫有兩個好處：一來一些化學作用只在高溫的環境下才能進行；二來高溫可以加快混凝土中化學作用的進行，讓混凝土更快地形成強度。

混凝土的成分複雜，其中有許多不同的化學作用，因此相關的研究並不容易。所幸今次在多國研究人員的合作之下，增進了我們對混凝土的認識。今次的故事也提醒了我們，現代的技術不一定比古代的優勝：古羅馬的混凝土，正是一個很值得我們學習的例子。

◆ 杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。