古代ローマ人はコンクリートを作るのがはるかに上手だった

ローマ人は私たちに一体何をしてくれたのでしょうか? ええ、ええ、彼らは私たちに衛生設備、道路、水道、治安、ワイン、教育を与えてくれました。しかし、彼らは、信じられないほど耐久性のあるコンクリートのレシピを書き留めようともしませんでした。

2,000年後、私たちはポートランドセメントを主成分とするコンクリートを苦労して使い、海の腐食作用で絶えず損傷を受ける橋や防波堤を建設しています。一方、ローマの防波堤や港は、何千年もの間そうであったように、そこに独りよがりで頑丈に建ち、露骨に私たちの技術力を嘲笑しています。

あのバカども。

しかし、私たちはローマ人、あなたたちとあなたたちのコンクリートの秘密に気づいています。今週American Mineralogistに発表された論文で、国際的な研究者チームがローマ人の成功の秘訣の一部を明らかにしました。

成功の要因の一部は材料にあります。ローマ帝国の領土の近くには、灰を噴出する火山がたくさんあります。（そう、ベスビオ山です。）今日の多くの科学者がそうであるように、当時の研究者も自然からヒントを得て、これらの火山の近くの灰の一部が凝灰岩と呼ばれる非常に硬い岩に固まる可能性があることに気付きました。

紀元前 30 年、ウィトルウィウスという名のローマの技術者兼建築家が、凝灰岩を灰、石灰 (果物ではなく建築材料)、海水と混ぜると、非常に強いコンクリートができることに気づきました。この混合物はポゾラン反応と呼ばれる化学反応を起こし、コンクリートを流し込んだ後 2 年間熱 (華氏約 150 ～ 200 度) を発します。

場合によっては、今日でもコンクリートを作るのに同様のシステムを使用し、化学反応の能力を利用して、新しい鉱物を作り出し、小さな空隙を埋めることで、結果として生じる混合物を強化します。しかし、それでもローマのコンクリートの、特に海水中での耐久性を説明することはできませんでした。塩分を多く含み、腐食性のある波の下で材料が壊れる代わりに、材料はより強くなったようです。

「私たちが注目しているのは、セメント系コンクリートに望ましくないすべてのことと相反するシステムです」と、研究主任著者でユタ大学の地質学者マリー・ジャクソン氏は声明で述べた。「私たちが注目しているのは、海水との自由な化学交換で繁栄するシステムです。」

これは意外なことだ。なぜなら、海水は、物を作るよりも壊す方が得意だからだ。十分な時間があれば、水は地球に巨大な峡谷を刻むことができ、特に海水には、構造物や船体を侵食するミネラルや塩分が豊富に含まれている。

ジャクソン氏とその同僚は、ローマ時代の建造物を掘削し、ローレンス・バークレー国立研究所のシンクロトロンビームラインでサンプルを分析することで、海水がコンクリートに浸透した際に海水中の鉱物が灰中の鉱物と反応し、アルミニウムトバモライトやフィリップサイトのような鉱物が形成されたという証拠を発見した。

これらの鉱物は、高温が支配的なポゾラン反応中に形成される可能性があります。研究者は、高温の実験室でもこれらの鉱物を生成しました。しかし、ローマのコンクリートの鉱物は、ポゾラン反応が終了してからずっと後の、より緩やかなプロセスによって生成されました。

「摂氏20度（華氏68度）でトバモライトを生産した人は誰もいません」とジャクソン氏は声明で述べた。「ああ、ローマ人以外は！」

その結果、地球上で最も過酷な建設条件の中でも、時間の経過とともに強度が増すコンクリートが誕生しました。

ローマ時代のコンクリートの正確な製法はまだわかっておらず、歴史から完全に失われたままだが、ジャクソン氏は同僚らと協力して類似品の作成に取り組んでいる。

「ローマ人は、扱える岩石の種類に恵まれていた」とジャクソン氏は声明で述べた。「彼らは、火山灰がセメントを成長させて凝灰岩を作ることに気づいた。世界の多くの場所にはそのような岩石はないので、代用品を用意する必要があっただろう」

現在、彼らは米国西部の灰と海水を新しい混合物に使用しようとしています。成功しても、このコンクリートはあらゆる状況で使用できる完璧なものにはならないでしょう。最初に流し込んだときのコンクリートは、建物などで使用されている現代のコンクリートよりはるかに強度が劣ります。しかし、再生可能エネルギー発電所のように海中で非常に長い寿命を持つように設計された構造物や、核物質を含む有害廃棄物を長期間保管するための構造物には価値があるかもしれません。