Antik Roma betonunun neden zamanın testinden geçtiğini nihayet biliyoruz: ScienceAlert

Eski Romalılar usta inşaatçılar ve mühendislerdi, belki de en ünlüsü hala işleyen su kemerlerinin bir temsilidir. Ve bu mimari mucizeler, benzersiz bir yapı malzemesine dayanmaktadır: Roma yapılarına inanılmaz bir güç veren inanılmaz derecede dayanıklı bir malzeme olan puzolan beton.

Bugün bile yapılarından biri -hala bozulmamış ve yaklaşık 2.000 yaşında olan Pantheon- dünyanın en büyük donatısız beton kubbesi rekorunu elinde tutuyor.

Bu betonun özellikleri genellikle bileşenlerine atfedilir: puzolana, volkanik kül karışımı – adını İtalya’nın Pozzuoli şehrinden alır ve burada büyük birikintileri bulunabilir – ve vites. Su ile karıştırıldığında, iki malzeme reaksiyona girerek güçlü beton üretebilir.

Ama ortaya çıktığı gibi, tüm hikaye bu değil. Massachusetts Institute of Technology (MIT) liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, yalnızca malzemelerin düşündüğümüzden biraz farklı olmadığını değil, aynı zamanda bunları karıştırmak için kullanılan tekniklerin de farklı olduğunu keşfetti.

Duman tabancaları, iyi karışmış gibi görünen betonda bulunabilen küçük beyaz kireç parçalarıydı. Bu parçaların varlığı daha önce zayıf karıştırma veya malzemelere atfedilmişti, ancak bu, MIT’den malzeme bilimcisi Admir Masic’e mantıklı gelmiyordu.

“Bu kireçtaşı topaklarının varlığının basitçe kalitesiz kontrole atfedilebileceği fikri beni her zaman rahatsız etmiştir” diyor. Masiç, Ocak 2023’te yaptığı açıklamada.

“Romalılar, yüzyıllar boyunca mükemmelleştirilen tüm ayrıntılı tarifleri izleyerek birinci sınıf bir yapı malzemesi yapmak için bu kadar çok çaba harcadıysa, iyi karıştırılmış bir nihai ürün elde etmek için neden bu kadar az çaba harcıyorsunuz? Bu hikayede daha fazlası olmalı.”

MIT inşaat mühendisi Linda Seymour liderliğindeki Musk ve ekibi, İtalya’daki Privernum arkeolojik alanından alınan 2.000 yıllık Roma beton örneklerini dikkatlice inceledi. Bu numuneler, kalkerli kütlelerin daha iyi anlaşılması için geniş alanlı taramalı elektron mikroskobu, enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, toz X-ışını kırınımı ve konfokal Raman görüntülemeye tabi tutuldu.

Dikkate alınması gereken sorulardan biri de kullanılan kirecin doğasıydı. Puzolanik betonun standart anlayışı, sönmüş kireç. İlk olarak, kireç taşı yüksek sıcaklıklarda ısıtılarak yüksek oranda reaktif kostik bir toz üretilir. sönmemiş kireçveya kalsiyum oksit.

Sönmemiş kireci suyla karıştırmak sönmüş kireç veya kalsiyum hidroksit üretir: daha az reaktif ve daha az yakıcı bir macun. Teoriye göre, eski Romalıların puzolana ile karıştırdıkları bu sönmüş kireçti.

Ekibin analizine göre, numunelerindeki kalkerli fraksiyonlar bu yöntemle uyumlu değil. Alternatif olarak, Roma betonu, sönmemiş kirecin tek başına veya sönmüş kirecin yanı sıra çok yüksek sıcaklıklarda doğrudan puzolan ve su ile karıştırılmasıyla yapılmış olabilir; bu, ekibin “sıcak karıştırma” olarak adlandırdığı ve kireç oluşumuna yol açan bir süreçtir.

“Sıcak karıştırmanın faydaları iki yönlüdür” misk dedi.

“Birincisi, agrega betonu yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında, yalnızca sönmüş kireç kullanıldığında mümkün olmayan kimyaya izin verir, bu da başka türlü oluşmayacak olan yüksek sıcaklıkta bağlı bileşiklerle sonuçlanır. İkincisi, bu artan sıcaklık kürlenme ve sertleşme sürelerini büyük ölçüde azaltır. Tüm reaksiyonlar hızlandırılarak çok daha hızlı inşaat yapılmasına izin verilir.”

Başka bir faydası: Kireç olağanüstü bir kendi kendini iyileştirme yeteneğine sahiptir.

Betonda çatlaklar oluştuğunda, tercihen matristeki diğer parçacıklardan daha yüksek yüzey alanına sahip kireçli bloklara geçerler. Su çatlağa girdiğinde kireçle reaksiyona girerek kalsiyum açısından zengin bir çözelti oluşturur ve kalsiyum karbonat olarak kurur ve sertleşir, çatlakları birbirine yapıştırır ve daha fazla yayılmasını önler.

Bu fark edildi 2.000 yıllık başka bir bölgeden betonda, betondaki çatlakların kalsit ile doldurulduğu Caecilia Metella’nın mezarı. Ayrıca, 2.000 yıl önce inşa edilen deniz duvarlarındaki Roma betonunun, okyanusun acımasız vuruşlarına rağmen neden binlerce yıldır bozulmadan kaldığını da açıklayabilir.

Bu nedenle ekip, sönmemiş kireç kullanarak hem eski hem de modern tariflerden puzolan beton yaparak bulgularını test etti. Ayrıca sönmemiş kireçsiz kontrol betonu yaptılar ve çatlak testleri yaptılar. Tabii ki, çatlamış kireç betonu iki hafta içinde tamamen kürlendi, ancak beton çatlak olarak kaldı.

Ekip şimdi betonlarını mevcut betona göre daha çevre dostu bir alternatif olarak pazarlamak için çalışıyor.

“Bu daha dayanıklı beton yapıların, yalnızca bu malzemelerin hizmet ömrünü nasıl artırabileceğini değil, aynı zamanda 3D baskılı beton yapıların dayanıklılığını nasıl artırabileceğini düşünmek heyecan verici.” misk dedi.

Araştırma yayınlandı Bilim ilerlemeleri.

Bu makalenin bir versiyonu ilk olarak Ocak 2023’te yayınlandı.