古羅馬人是工程大師，許多當時的建築遺跡至今仍在，甚至還可使用，這些建築很多是用混凝土建造，如羅馬著名的萬神殿圓頂，就是世界最大無鋼筋混凝土圓頂，公元 128 年落成，至今完好無損，對比許多現代混凝土結構幾十年後就倒塌，古羅馬配方肯定不同。科學家發現，原來古羅馬混凝土有自動修復的神祕配方。
不只萬神殿，古羅馬時期建造的架空水槽很多仍在使用。科學家一直想知道，這些能承受特別惡劣條件的結構如碼頭、下水道和海堤，或地震活躍地區建造的結構，到底有什麼不同。
多年來，研究人員一直認為古代混凝土耐久性的關鍵是基於某種成分，即火山灰材料，如那不勒斯灣波佐利地區的火山灰。後來科學家發現，古代混凝土還包含毫米級亮白色礦物，這些白色塊狀物稱為石灰碎屑，源自石灰，現代混凝土配方找不到。
原本科學家認為古羅馬人將熟石灰與火山灰混合，但麻省理工學院、哈佛大學及義大利和瑞士科學家認為沒這麼簡單，微小石灰碎屑讓混凝土自癒，因這些材料與科學家預期略有不同，混合技術也不同。
關鍵在多使用了生石灰。研究發現，羅馬混凝土的石灰碎屑，可能是將生石灰直接與火山灰和水極高溫時單獨混合，或與熟石灰混合，研究團隊稱為熱混合產物，石灰碎屑會形成特有脆性奈米顆粒結構，為容易破碎和反應的鈣源提供關鍵的自我修復功能。
一旦混凝土內部出現微小裂縫，鈣源就會優先穿過高表面積的石灰碎屑，與水反應，形成鈣飽和溶液，重新結晶為碳酸鈣，並迅速填充裂縫，或與火山灰材料反應，進一步強化複合材料。科學家稱，這些反應是自發的，會在裂縫擴散前自動修復裂縫。
研究團隊還驗證製作古代和現代配方的熱拌混凝土樣品，故意讓樣品裂開，然後讓水從裂縫流過，結果不到兩週，古代配方混凝土裂縫就完全癒合，水也無法穿透。但沒有生石灰的混凝土從未癒合，水不斷流入。科學家認為，2000 年前建造的羅馬海堤混凝土，能在海洋不斷沖擊下仍完好無損屹立數千年，關鍵原因就在自癒。
科學家認為，更耐用的混凝土配方不只延長材料使用壽命，還可提高 3D 列印混凝土配方的耐用性，也能減少水泥對環境的影響。研究刊登於《科學進展》期刊。
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(首圖來源：Flickr/katiedee47 CC BY 2.0)
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