海上混凝土的秘密
來自美國加州大學伯克利分校、沙特阿拉伯阿蔔杜拉國王科技大學以及德國柏林同步輻射電子儲存環公司的研究人員，使用伯克利實驗室的先進光源（ALS）光束以及其他實驗設施，在調研波佐利灣的海上混凝土中發現，古羅馬人制造混凝土時，不同於現代的做法主要表現在兩個關鍵方面。
其壹，矽酸鹽水泥是壹種可將混凝土組件綁定在壹起的膠水。使用矽酸鹽水泥的混凝土是含有鈣、矽酸鹽和水合物的化合物(C-S-H)。而古羅馬混凝土產生了壹個非常不同的化合物，方法是加了鋁和少量矽。由此形成的鈣鋁矽酸鹽水合物 (C-A-S-H)是壹個非常穩定的黏合劑。
通過ALS光束線的光譜鑒定，研究人員認為在C-A-S-H中鋁替代矽的特定方式可能是海水混凝土的凝聚力和穩定性的關鍵。
另壹個突出之處涉及到混凝土的水化產物。從理論上講，在用矽酸鹽水泥制成的混凝土中，C-S-H類似於結合了天然存在的層狀礦物，被稱為雪矽鈣石和六水矽鈣石。可惜的是，這些理想的晶體結構在現代常見的混凝土中無處可尋。
然而，雪矽鈣石卻出現在古代海水混凝土的砂漿中。研究人員在ALS高壓X射線衍射實驗的光束線下，測量出其機械性能，並首次闡明鋁在其晶格中的作用：鋁雪矽鈣石比低結晶的C-A-S-H具有更大的剛性。
古羅馬人是如何做到的
仍是當今主要建築材料的混凝土，在生產過程中帶來的環境問題日益嚴重。其主要組分水泥在生產過程中會排放大量二氧化碳。據計算，世界水泥工業排放二氧化碳量占全球溫室氣體排放量的7%，這還不包括水泥和混凝土在物流運輸過程中的二次汙染。水泥和混凝土建材成為霧霾等大氣汙染的主要元兇之壹。
“這並不是說現代生產的混凝土不好，它已經好到我們每年使用190億噸的產量，問題是其中制造矽酸鹽水泥所排放的二氧化碳占該行業排放量的7%。”加州大學伯克利分校土木與環境工程教授聖保羅·蒙泰羅說。
矽酸鹽水泥是“膠水”之源，可以將最現代化的混凝土黏合在壹起，但是制造它需要將混合的石灰石和黏土加熱到1450℃，石灰石受熱後會向大氣中釋放出大量二氧化碳。
該研究團隊通過鑒別古羅馬的海上混凝土樣本發現，羅馬人生產矽酸鹽水泥時，用的石灰更少，烘烤石灰石只需900℃或更低，消耗的燃料也少得多。
分析表明，羅馬配方需要重量不到10％的石灰，生產矽酸鹽水泥可以不到現在的2/3或更低的溫度。石灰與富鋁的火山灰反應，形成高度穩定的C-A-S-H和鋁雪矽鈣石，保證其強度和壽命。
提供綠色高性能模型
“在20世紀中葉，混凝土結構設計可持續50年，它們當中的很多都超過了預定時間，當代設計的建築可保持壽命100年至120年。然而，羅馬港口的設施竟然經歷了2000多年的化學侵蝕和水下波浪仍幸存下來。”蒙泰羅指出。
作為工程材料的現代混凝土主要缺點是抗拉強度低、變形能力差、容易開裂。在未來的城市發展和基礎設施的構建中，迫切需要耐久且低碳的混凝土。
對火山灰使用的描述是從遠古時代開始。第壹個是奧古斯都皇帝的壹個工程師維特魯威。後來據記載，最好的海上混凝土是源自那不勒斯海灣的火山地區。這些灰具有相似的礦物特性，稱為火山灰水泥，在世界各地的許多地方都可以發現。
古羅馬人在制造其獨特的混凝土時，混合了大自然中的火山灰。他們將石灰和火山灰混合形成砂漿，而砂漿和火山凝灰巖被塞進木質的格體中。放入海水中，瞬間引發了熱化學反應。水合的石灰是將水分子並入其結構中，與火山灰水泥混合在壹起反應。
蒙泰羅說：“對於我們而言，火山灰在其實際應用中是重要的。制造更強大、更持久的現代混凝土可以使用更少的燃料、更少釋放碳到大氣中，這就是更深入地了解羅馬人如何制造出無與倫比的混凝土所汲取的寶貴經驗。”
綠色高性能混凝土承載著人們的希望。同時也讓人們意識到，混凝土今後的發展歷程，不僅僅是滿足建築功能的需求，很大程度上需要考慮對環境造成的影響。建築與環境相互融入更能體現建築的美，也能讓人們賴以生存的環境更加舒適。無疑，該項研究的新發現給未來提供了壹個混凝土強度和韌性的模型。古羅馬采取的材料和使用的方式對未來生產綠色高性能的混凝土提供了有益的借鑒參考。