工程師權衡回歸古羅馬混凝土配方

古羅馬人可能教會了我們一兩件關于制造業的知識可持續的可以使用數千年的混凝土。

一項新的研究嚴格分析了他們古老配方的原材料和能源需求，揭示了一些改進現代水泥的有用方法。

令人驚訝的是，研究人員發現，生產羅馬砂漿和混凝土比波特蘭水泥（當今混凝土中最常用的水泥類型）需要更多的水和更多的溫室氣體排放。

但是，雖然最初的能源成本可能更高，但從長遠來看，羅馬混凝土配方最終可能被證明更具可持續性。那是因為它們可能不需要經常更換或維修。

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根據一個國際環境工程師團隊的說法，羅馬混凝土混合物需要比現代配方的壽命至少高 41%，才能實現與建筑物相同的累積排放量。

對于街道和高速公路等壽命較短的結構，羅馬混凝土的使用壽命至少需要延長 29%。

“當我們考慮到混凝土的使用壽命時，我們就會開始看到好處，”說哥倫比亞北方大學的主要作者和工程師丹妮拉·馬丁內斯。

“我們可以從羅馬人身上吸取很多教訓。如果我們能夠將他們的戰略與我們的現代創新理念相結合，我們就可以創造一個更可持續的建筑環境。

很難將羅馬混凝土的壽命與現代混凝土進行比較，因為今天，許多混凝土建筑和構筑物都是用鋼筋加固的。

當鋼材生銹時，它會膨脹，迫使周圍的任何混凝土開裂和降解在短短十年內.相比之下，古羅馬混凝土能夠“自我修復”。這意味著當水泥出現裂縫時，當漏水時，它們會自然地粘在一起。

這就是古羅馬海堤能夠經久不衰的部分原因，盡管海浪和腐蝕性鹽水不斷沖擊。

現代混凝土是否能夠做到這一點尚不清楚。

“鋼筋腐蝕是混凝土劣化的主要原因，所以要非常謹慎地進行比較。”解釋加州大學伯克利分校的作家兼工程師保羅·蒙泰羅。

馬丁內斯和她的團隊承認更耐用的水泥結構“只能部分抵消對新材料的需求增加”，但羅馬制造方法也可能具有其他環境優勢。

波特蘭水泥和羅馬水泥都是使用相同的主要成分制成的。當石灰石被加熱時，它會產生一種高反應性的苛性粉末，稱為生石灰。這種粉末與水結合，形成強大的砂漿。

古羅馬帝國的混凝土配方差異很大，但他們通常將這種砂漿與當地可用的火山巖混合，而不是現代混凝土中使用的石膏。

羅馬混凝土產生的危險空氣污染物也少得多，這可能是因為石灰石是使用橡木和冷杉木材燃燒的，而不是化石燃料。

根據最近的模型，與現代方法相比，使用羅馬水泥技術可以減少高達 98% 的氮氧化物和硫氧化物排放。

“事實證明，使用生物質和其他替代燃料燒窯可能比采用羅馬混凝土配方更有效地實現現代水泥生產脫碳，”說馬丁內斯。

今天，混凝土是第二大使用最廣泛的材料在世界上，在水之后。其產量約占全球人為碳排放量的 8%，約占所有行業碳排放量的四分之一。

根據亞利桑那州立大學材料科學家 Narayanan Neithalath，如果水泥制造圖靈作為一個國家進行排名，它將成為僅次于中國和美國的世界第三大二氧化碳排放國。

“如果我們有合理的機會保持在《巴黎協定》設定的兩攝氏度以下的變暖目標，那么未來十年與水泥相關的排放量將不得不下降 20% 以上。”尼塔拉特解釋2023 年。

研究古羅馬混凝土可以幫助我們實現這些緊迫的氣候目標。

該研究發表在iScience.

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