چرا بتن رومیان باستان تا به امروز به جا مانده است؟

رومیان باستان سازندگان و مهندسان چیره دستی بودند که شاید معروف ترین اثرهای آنها قنات هایی هستند که هنوز کارکرد دارند و این شگفتی‌های معماری بر یک ماده ساختمانی منحصر به ‌فرد متکی هستند: بتن پوزولانی، ماده‌ ای با دوام فوق ‌العاده که به سازه‌های رومی استحکام باورنکردنی بخشیده است.

به گزارش سیناپرس، خواص این بتن به طور کلی به مواد تشکیل دهنده آن نسبت داده می شود. پوزولانا، مخلوطی از خاکستر آتشفشانی که نام آن از شهر ایتالیایی Pozzuoli، جایی که ذخایر قابل توجهی از آن خاکستر و آهک یافت می شود، گرفته شده است. هنگامی که این دو ماده با آب مخلوط می شوند، می توانند برای تولید بتن قوی واکنش نشان دهند.

اما این، تمام ماجرا نیست. یک تیم بین المللی از محققان به رهبری موسسه فناوری ماساچوست (MIT) دریافتند که نه تنها مواد کمی متفاوت از آن چیزی است که پیشتر فکر می کردیم، بلکه تکنیک های استفاده شده برای مخلوط کردن آنها نیز متفاوت است.

پوکه های خاکستر و سفید آهک را می‌ توان در بتن‌هایی که به نظر می ‌رسد به خوبی مخلوط شده است، پیدا کرد. وجود این تکه‌ها قبلاً به دلیل اختلاط یا مواد ضعیف نسبت داده می‌ شد، اما برای ادمیر ماسیچ (Admir Masic) دانشمند مواد از موسسه فناوری ماساچوست، منطقی نبود.

ماسیچ در بیانیه ای گفت: این ایده که وجود این کلاسه های آهکی صرفاً به کنترل کیفیت پایین نسبت داده می شود، همیشه مرا آزار می داد. اگر رومی‌ها تلاش زیادی برای ساختن یک مصالح ساختمانی برجسته انجام می ‌دهند، با پیروی از تمام دستور العمل‌های دقیق که در طول قرن‌ها بهینه ‌سازی شده ‌اند، چرا تلاش کمی برای اطمینان از تولید یک محصول نهایی خوب انجام داده اند. بنابراین من معتقدم بخشی از ماجرا درک نشده است.

ماسیچ و تیم تحقیقاتی به رهبری لیندا سیمور، نمونه‌های ۲۰۰۰ ساله بتن رومی را از سایت باستان ‌شناسی Privernum در ایتالیا به دقت مورد مطالعه قرار دادند. این نمونه‌ها تحت میکروسکوپ الکترونی روبشی بزرگ و طیف‌سنجی پرتو ایکس پراکنده انرژی، پراش پرتو ایکس پودری و تصویربرداری رامان کانفوکال قرار گرفتند تا درک بهتری از کلاس‌های آهک به دست آورند.

یکی از سوالاتی که در ذهن وجود داشت، ماهیت آهک مورد استفاده بود. درک استاندارد از بتن پوزولانی این است که در آن از آهک کند شده استفاده می شود. ابتدا سنگ آهک در دماهای بالا گرم می شود تا پودر سوزاننده بسیار واکنش پذیری به نام آهک زنده یا اکسید کلسیم تولید شود.

مخلوط کردن آهک زنده با آب باعث تولید آهک خشک یا هیدروکسید کلسیم می ‌شود: خمیری با واکنش‌پذیری کم‌تر، خمیر سوزآور کمتر. بر اساس تئوری، این آهک خشک شده بود که رومیان باستان با پوزولانا مخلوط کردند.

بر اساس آنالیز این تیم، کلاست های آهکی در نمونه های آنها با این روش سازگار نیست. در عوض، بتن رومی احتمالاً از اختلاط مستقیم آهک زنده با پوزولانا و آب در دمای بسیار بالا، به خودی خود یا علاوه بر آهک خشک شده ساخته شده است، فرآیندی که تیم پژوهشی آن را اختلاط داغ می ‌نامد که منجر به ایجاد کلاسه‌ های آهک می‌ شود.

به گزارش سیناپرس، ماسیچ در این باره گفت: فواید اختلاط گرم دوچندان است. اول، هنگامی که بتن تا دماهای بالا گرم می شود، ترکیبات شیمیایی با استفاده از آهک خشک شده امکان پذیر نیست و ترکیبات مرتبط با دمای بالا تولید می شود که در غیر این صورت تشکیل نمی شدند. از آنجایی که تمام واکنش‌ها تسریع می‌شوند و امکان ساخت بسیار سریع‌تر را فراهم می‌کنند. این اتفاق یک فایده دیگر نیز دارد: آهک به بتن توانایی خوددرمانی قابل توجهی می ‌دهد.

شرح کامل این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است.

مترجم: مهدی فلاحی پناه

No tags for this post.