古罗马人是伟大的建筑师和工程师，他们的建筑技术在今天仍然被广泛应用，其中最著名的代表就是至今仍在使用的罗马水道。这些建筑奇迹的存在，离不开一种独特的建筑材料：波佐兰纳混凝土。这种材料的耐久性极强，使得罗马建筑具有了令人难以置信的强度。
万神殿的圆顶直到今天，罗马的一座建筑——万神殿，仍然完好无损，已有近年的历史，它的穹顶是世界上最大的无钢筋混凝土穹顶。
波佐兰纳混凝土的特性通常被归因于其成分：波佐兰纳，这是一种火山灰的混合物，以意大利城市波佐利命名，那里有大量的火山灰矿藏，和石灰。当这两种材料与水混合时，可以产生强度极高的混凝土。
然而，这并不是全部的故事。由麻省理工学院（MIT）领导的一个国际研究团队发现，这些材料与我们原先认为的略有不同，而且混合这些材料的技术也有所不同。
研究人员发现的关键线索是在看似混合均匀的混凝土中可以找到的小块白色石灰。这些石灰块的存在曾被归因于混合不均或材料质量差，但这对MIT的材料科学家AdmirMasic来说并不合理。
Masic在年1月的一份声明中说：“这些石灰块的存在被简单地归因于质量控制不佳，这一点一直让我感到困扰。如果罗马人为了制造出卓越的建筑材料，遵循了经过多个世纪优化的详细配方，为什么他们在确保最终产品混合均匀方面的努力却如此之小？这个故事肯定还有更多的内容。”
Masic和他的团队，由MIT的土木工程师LindaSeymour领导，仔细研究了来自意大利Privernum考古遗址的年前的罗马混凝土样本。这些样本经过大面积扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱分析，粉末X射线衍射和共焦拉曼成像，以更好地理解石灰块。
其中一个问题是使用的石灰的性质。波佐兰纳混凝土的标准理解是它使用的是熟石灰。首先，将石灰石在高温下加热，产生一种高度活性的腐蚀性粉末，称为生石灰或氧化钙。
将生石灰与水混合，产生熟石灰或氢氧化钙：一种反应性稍弱、腐蚀性稍小的糊状物。据理论，古罗马人是将这种熟石灰与波佐兰纳混合的。
然而，根据该团队的分析，他们样本中的石灰块与这种方法不符。相反，罗马混凝土可能是通过将生石灰直接与波佐兰纳和水在极高的温度下混合，自身或与熟石灰一起，这个过程被团队称为“热混合”，结果就是石灰块。
Masic说：“热混合的好处有两个。首先，当整个混凝土被加热到高温时，它允许产生一些如果只使用熟石灰就不可能产生的化学反应，产生一些否则不会形成的与高温相关的化合物。其次，这种增加的温度显著减少了固化和凝固时间，因为所有的反应都被加速，从而允许更快的建筑施工。”
而且，它还有另一个好处：石灰块赋予了混凝土显著的自愈能力。
当混凝土中形成裂缝时，裂缝会优先穿过石灰块，因为它们的表面积比矩阵中的其他颗粒大。当水进入裂缝时，它会与石灰反应，形成富含钙的溶液，这种溶液干燥后硬化为碳酸钙，将裂缝粘合在一起，防止裂缝进一步扩展。
这种现象已经在另一个年前的遗址，CaeciliaMetella的墓穴中的混凝土中观察到，其中混凝土的裂缝已经被方解石填充。这也可能解释为什么年前建造的罗马海堤的混凝土尽管经受了海洋的不断冲击，但仍然完好无损。
因此，该团队通过使用生石灰制作古代和现代配方的波佐兰纳混凝土来测试他们的发现。他们还制作了一种不含生石灰的对照混凝土，并进行了裂缝测试。果然，裂开的生石灰混凝土在两周内完全愈合，而对照混凝土仍然有裂缝。
该团队现在正在努力将他们的混凝土商业化，作为当前混凝土的更环保的替代品。
Masic说：“想到这些更耐用的混凝土配方可能如何扩展这些材料的使用寿命，以及它可能如何提高3D打印混凝土配方的耐用性，真是令人兴奋。”