古罗马建筑为何能上千年矗立不推倒利用ALS光束线12.3.2,一种超导体倾斜磁铁X射线微观散射的光束线，研究小组调查了罗马火山灰-石灰砂浆的复制品，后者曾多次在康奈尔大学拒绝接受了脱落测试实验。在始建于公元110年的图拉真为市场的混凝土墙壁上，这些砂浆相连了鹅卵石大小的凝灰岩和砖块碎片。通过观察砂浆在180天的烧结过程中再次发生的矿物学变化，并将其与1900年历史的完整样本展开对比，研究小组找到一种半透明的水合物不会制止微裂隙的传播。砂浆不会通过板状水化硅铝酸钙（strtlingite）在原方位的结晶来制止微裂隙，水化硅铝酸钙是一种可以强化界面区和堆积基质的长久的钙-铝-硅酸盐矿物，率领展开这项研究的美国加州大学伯克利分校土木和环境工程学院的火山学家玛丽杰克逊（Marie Jackson）这样说。
板状晶体的密集交互生长制止了微裂隙的传播，同时确保了微观层面上的内聚力，这将更进一步增进混凝土在地震活跃的环境里保持上千年的化学弹性和结构完整性。这项研究被公开发表在期刊《美国国家科学院院刊》上，其它研究合作作者还包括艾瑞克兰迪斯（Eric Landis）、菲利普布鲁内（Philip Brune）、马西莫维蒂（Massimo Vitti）、陈恒（Heng Chen）、李琴飞（Qnfei Li）、马丁库恩茨（Martin Kunz）、汉斯-鲁道夫温克（Hans-Rudolf Wenk）、保罗蒙特罗（Paulo Monteiro）和安东尼英格拉菲(Anthony Ingraffea)。融合混凝土复合物的砂浆被用作修建罗马帝国的颇受欢迎建筑结构，科学家们对它的浓厚兴趣并非因为它无人超群的弹性和持久性，而是因为它们需要获取的环境优势。
大多数现代混凝土是与基于石灰岩的硅酸盐水泥结合。生产硅酸盐水泥必须冷却石灰岩与泥土的混合物制1450摄氏度，这一过程不会获释大量碳，考虑到每年用于的硅酸盐水泥大约为190亿吨，这将造成每年它产生的碳量构成了获释至大气层里全部碳的7%。
而相比之下，罗马建筑砂浆是由85%的火山灰以及水和石灰构成的混合物，因此它的焙烧温度要近高于硅酸盐水泥。坚硬的火山灰和砖块约构成了混凝土的45%至55%。
这一结果是造成碳排放的很大增加。如果我们需要在特定混凝土生产过程中寻找融合大量火山岩石构成物的方法，我们或可以很大的增加与这一生产过程涉及的碳排放，同时提升它们的耐久性和机械阻力。杰克逊说。作为研究的一部分，杰克逊和她的合作者利用ALS光束线12.3.2对只有0.3毫米薄的罗马砂浆切片展开X射线微观散射测量。
我们取得了一个特定堆积微观结构很多不同点的衍射图样，杰克逊说。这使得我们可以检测矿物挤满物的变化，后者将获取小区域内活跃的化学过程的准确命令。杰克逊和同事仔细观察到的矿物学变化表明了随着钙-铝-硅水合物（C-A-S-H）的胶接渐渐拆分，水化硅铝酸钙晶体在火山渣和砂浆基质之间的界面区生长，砂浆不会在180天的时期内渐渐取得强度和韧性。界面区韧性的强化展现出在桥连裂纹的形态学上，后者是由研究合作作者、美国缅因大学的兰迪斯利用对脱落的砂浆样本展开电子计算机断层扫描(即CT扫瞄)测量获得的。
这些实验性结果与研究合作作者、杜邦科技公司的布鲁内对减少的脱落能量的计算结果相符合。水化硅铝酸钙晶体未展现出出有任何生锈的现象，它光滑的表面似乎了长年的稳定性，类似于持续上万年的地质水化硅铝酸钙。
水化硅铝酸钙晶体在原方位结晶产生了与仔细观察到的任何硅酸盐水泥混凝土界面的微结构都不完全相同的界面区，杰克逊说。硅酸盐水泥混凝土界面区较高的多孔性产生了裂缝地下通道更容易产生和蔓延的区域。杰克逊回应研究人员面对的未来挑战是找寻转录创意混凝土里聚合物，例如矿渣和火山灰的方式，使得它们需要像罗马建筑砂浆一样在界面区构成修整的水化硅铝酸钙。
康奈尔大学展开的脱落测试实验是由研究合作作者英格拉菲率领展开的。从罗马图拉真为市场提供的砂浆样本是由研究合作作者维蒂获取的。研究合作作者库恩茨是ALS光束线12.3.2的首席科学家。
这项研究获得了国家科学基金会和哈佛大学罗卜图书馆的资金反对。
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