罗马人教我们的混凝土

2010-07-23

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什么是罗马混凝土?

罗马混凝土是一种使用水力水泥的混凝土，与今天的波特兰水泥非常相似。这种类型的混凝土变硬是因为环境中其他地方发生的化学反应与水无关。换句话说，即使在潮湿的天气里，它们也会变硬。无水水泥粉与水混合时，产生非水溶性水合物。在古罗马，混凝土结构第一次可以在水下使用(如渡槽)。

古罗马混凝土使用了什么材料?

罗马混凝土粘结剂的成分是波祖拉尼砂、石灰和水。

大约在公元前25年，罗马作家维特鲁威给出了以下罗马混凝土的“配方”:

1份粉笔，2到3份沙子。将其与15 - 20%的水混合

对于暴露在水中的建筑物，如高架渠、浴室和港口建筑，使用的沙子是Pouzzolanic沙子(以pozzolan市命名)，以使结构更耐用。现代化学分析已经证实，Pouzzolanic沙子的组成是一些罗马建筑的持久性的关键。

为什么罗马混凝土能保存这么久?

罗马人告诉我们，关于混凝土，Pouzzolanic沙子的特殊原子结构非常适合制作可以使用几个世纪的混凝土。它是一种无定形的硅结构，在分子结构中有许多空穴。当与湿石灰混合时，氢氧化钙就会形成并进入原子洞，形成一种凝胶，它会膨胀并将聚集的石块牢固地粘合在一起。因为火山灰砂是一种细粉，它有足够的表面积来最大限度地进行化学反应。这种古老的凝胶的化学配方与今天的混凝土粘结凝胶相吻合。显然罗马人知道他们的建筑是长期的。

此外，罗马人告诉我们混凝土的水灰比是至关重要的。水越少，养护混凝土的强度越大。罗马人在水泥中掺入很少的水。事实上，它几乎是干的。这种混合物一旦制成，就会被带到建筑工地，并放置在事先准备好的岩层上。然后用特殊的夯实工具将混合物夯实到岩石层中。低含水量和夯实都很重要。首先，夯实减少了对水的需求。另一方面，紧密的填充产生了更多的凝胶，这是人们通常期望的。材料的紧密压缩使它们的使用寿命更长。

罗马圆形大剧场

罗马混凝土和现代混凝土

然而，现代混凝土建造者最终独立地发现了低含水量和紧密压实的教训。在20世纪80年代后期，美国填海局改进了碾压混凝土技术，用于建造犹他州的静水大坝。该混凝土含有40%硅酸盐水泥和60%粉煤灰。巧合的是，这些飞灰中恰好含有在罗马使用的火山灰中发现的二氧化硅化合物。与此同时，水化的波特兰水泥释放出的氢氧化钙就像古罗马混凝土中使用的石灰产生的氢氧化钙一样。

也许古代技术和现代技术的主要区别在于，今天我们用钢加固混凝土，而罗马人没有。他们使用非常低的水技术，他们实际上制造了“无坍落度”混凝土——几乎没有扩散的混凝土。这很难使用，但它让他们可以在没有加固的情况下建造像万神殿这样令人惊叹的建筑。这座建筑至今仍屹立不倒，是古代工程的一个奇迹。

古代工程的另一项伟大成就是将混凝土块组合在一起，以抵御意大利半岛常见的地震活动。在穹顶和墙壁内特别设计的中断在混凝土中造成了不连续性，使得建筑的某些部分在地震时可以轻微移动，从而使建筑能够承受压力而不会倒塌。这种“灵活”的建筑结构是巧妙的，它被用于建造万神殿的圆顶。此外，圆顶上部的骨料是交替层做的:一层轻凝灰岩(火山灰形成的火山岩)，接着是一层浮石，使圆顶的密度低于基础。

现代罗马混凝土专家