古罗马时期的基础设施展现了令人惊叹的跨越时间的能力。在现代混凝土建筑往往仅能维持百年左右寿命的同时，意大利随处可见的罗马时代混凝土建筑、道路和水渠，在历经约两千年的岁月洗礼后依然屹立不倒。长期以来，科学家们致力于解开这一耐久性的谜团。

学界此前普遍认为，罗马混凝土的卓越性能主要归功于“火山灰反应”，即火山灰与生石灰和水发生化学反应。然而，最新的研究显示，这一过程并非全部真相。近日发表在《科学进展》期刊上的一项研究指出，另一种被称为“碳酸化”的化学过程，也在罗马混凝土的超长寿命中发挥了关键作用。

为了深入探究，研究人员前往位于意大利罗马以东约17英里处的哈德良别墅进行实地考察。这座建于1900年前的联合国教科文组织世界遗产地，不仅是一座建筑奇迹，其内部的公共厕所更是为研究人员提供了宝贵样本。由于这些厕所从未经过现代手段的修复，古罗马混凝土得以在原始状态下保存了十九个世纪，为科学研究提供了一个天然的实验环境。

加州大学伯克利分校的土木工程师、研究合著者保罗·J·M·蒙泰罗表示，这些材料在长达十九个世纪的时间里未受干扰，无意间完成了一场无人能够开启的长期实验。蒙泰罗团队从厕所座椅下方提取了混凝土样本，在实验室中通过高分辨率显微镜、X射线扫描及化学成分分析，对样本进行了细致研究。

分析结果显示，尽管样本中确实存在火山灰、石灰和水混合的证据，但对混凝土孔隙和裂缝的进一步观察发现，一种由钙、碳和氧组成的矿物——方解石，才是主要的粘合剂。当空气中的二氧化碳与混凝土中的钙化合物发生反应时，会形成硬质矿物方解石。随着时间的推移，这种矿物会填充混凝土中的细小裂缝和孔隙，使古老建筑结构不仅能保持强度，甚至能够实现自我修复。

这项研究进一步证实，碳酸化在长期环境下能增强混凝土的耐久性，并帮助其在老化过程中弥合裂缝。该研究成果补充了2023年的一项发现，即罗马混凝土因含有生石灰，在雨水等水分作用下能够重结晶，从而填充缝隙实现“自我修复”。麻省理工学院材料科学家阿德米尔·马西奇评价道，这项新研究强调了碳酸盐在这些系统中的动态作用，其地位并非边缘，而是至关重要。

研究人员希望，通过解析罗马混凝土耐久性的奥秘，现代建筑专家能够开发出更加可持续且具备高韧性的建筑材料。目前，混凝土是全球消耗量最大的材料之一，其生产过程中产生的大量二氧化碳排放约占全球总排放量的8%。据联合国预测，到2050年，全球约一半的建筑尚未动工，开发低碳足迹的建筑材料显得尤为紧迫。蒙泰罗指出，探索古老的工程技术可以带来重要的启示，通过解锁罗马混凝土的耐久性秘密，人类有望在未来实现更具可持续性的现代基础设施发展。