古羅馬建築為什麼可以屹立千年?他們那時的水泥比現代的都要先進

2021-01-19 指點江山

站在羅馬鬥獸場前,很多人的第一想法一定是:它如此氣勢壯觀,經歷了這麼多年,竟然至今卻屹立不倒!也許是有了對比才會如此感慨,中國的古建築如今保存完好的不多,且多為木製建築,以至於,看到古羅馬時期這些混凝土建築時,不禁會抒發一番。

而在研究者的眼中,他們審視這些建築的角度就是:為何它們會如此長壽?

於是,有研究小組利用先進光源(ALS)X射線來解密。具體說來,這是一種光束線,由超導體彎曲磁鐵X射線微觀衍射而成,實驗的對象就是羅馬火山灰跟石灰砂漿的複製品。

圖拉真市場是公元110年開始修建的,它的混凝土牆壁就是用了這些砂漿,將那些大大小小的凝灰巖和磚塊碎片連接成牆。在實驗中,研究者通過它們的固化過程,來觀察其中的礦物學變化。此過程需要六個月的時間,之後,再和原始的樣本進行比照。

結果發現,它們在固化的過程中,會產生一種透明的水合物,正是它阻止了微裂縫的繼續「擴大」。

這個水合物就是水化矽鋁酸鈣,它是一種鈣——鋁——矽酸鹽礦物,可以強化物質界面及膠結基質的耐久性。而砂漿將建築材質連接到一塊時,這些板狀的水合物就會在各自的原位置上來阻止微裂縫的再次擴大。

其實,它們的作用不僅僅阻止了這些微小裂隙的擴大,還在微觀層面上維持住了一種內聚力。於是,在兩重作用力的保護下,即使這些建築所處的位置是在地震的活躍帶,但它們依舊抵抗住了環境和歲月的「侵蝕」,建築的化學彈性完好結構的完整性也沒有太大的破壞。

可見,「砂漿」就是這些建築物千年不倒的秘密所在。可以說,在羅馬帝國時期,所有的建築物都使用的是這種砂漿,所以研究者對它的興趣一直未減。如果沒有戰爭以及人為的破壞,那個時代的建築應會留存更多,正是它讓這些建築物屹立了更長的時間。

同時,研究者還發現,這種砂漿沒有環境的「汙染」,這自然是和現在的混凝土做了對比。這裡有組數據:現代的混凝土大多是石灰巖的矽酸鹽水泥結合,在生成水泥時不但需要高溫1450℃,而且,在製作過程中,還會產生大量的碳,這可是製造溫室效應的一個因素。

現在全世界一年大概要使用多少噸水泥呢?

大概為190億噸。

是不是有點刷新了認識?以前都以為是尾氣排放加重了大氣的汙染,當然,這個因素也不能被忽略。那麼,生產如此多的水泥所產生的碳,對此貢獻值有多大呢?

7%。

所以,不要以為古人沒有手機平板,就不如今人,看看他們生產的砂漿,組成的元素很簡單:85%的火山灰、水、石灰,煅燒溫度也沒有那麼高,而火山灰與磚塊在混凝土的佔比大概是45%-55%,結果卻是極大的降低了碳的排放量。

古人在建築時也許不會想到他們的就地取材反倒成了今人的研究課題,這也許就是一個意外的收穫。當然,現今的我們可以從這些建築材質中獲取更好的製作混凝土的方法,還能更好的保護環境提高建築的壽命和抵禦外界環境的破壞力。

現代科技的先進可以讓研究者基於微觀層面去觀察這些礦物在聚集的過程中產生的一些化學變化。因此,研究者發現,這種水合物在它們膠結合的過程中,水化矽鋁酸鈣晶體在界面區開始生長,使砂漿獲得了極大強度和韌性。除此之外,這種晶體沒有發現任何被腐蝕的現象,表面平滑,顯示出了很好的穩定性。這就像那些地質上的水化矽鋁酸鈣,存在了上萬年依舊保持著原樣。

再來看看現代建築,矽酸鹽水泥混凝土的界面有個缺點,就是多孔性,這個缺點容易產生裂隙通道,進而擴散裂隙成為裂縫。其實,這項研究也給了研究者很好的一個提示:可以沿著水化矽鋁酸鈣晶體的思路,尋找一種創新的混凝土聚合物。這大概就是研究者會痴迷於古代建築研究的原因之一了。如今技術是成熟了,但為何建築的壽命還是不如千年前?其實,問題還是在材質上,所以不妨向先人們多取取經,這樣才會讓世界更加美好。

其實,不管是古代建築還是現代建築,都是所處時代的一個象徵,更是時代的一個縮影。現今社會,雖然各方麵條件都很發達,但人們好像缺少了對事物的更深層次的思考,這也導致現今的很多東西不如古代實用。

可能,這只是一個個例,但其中所蘊含的道理,卻是值得世人深思。

參考資料:

【《西方主要建築風格及流派-古羅馬建築》、《羅馬古城輿圖》、《建築十書》】

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