Antik Roma betonunun binlerce yıl dayanmayı nasıl başardığını nihayet biliyoruz: ScienceAlert

Antik Romalılar inşaat ve mühendislik ustalarıydı ve belki de en önemlisi su kemerleriyle temsil ediliyorlardı. Hala işleyen bu harikalar, benzersiz bir yapı malzemesine dayanıyor: Roma yapılarına inanılmaz güç veren, inanılmaz derecede dayanıklı bir beton olan puzolanik beton.

Bugün bile binalarından biri olan Pantheon, hâlâ sağlam ve yaklaşık 2000 yıllık, dünyanın en büyük takviyesiz beton kubbesi rekorunu elinde tutuyor.

Bu betonun özellikleri genellikle içeriğindeki maddelere atfedilir: Volkanik kül karışımı olan puzolan (adını büyük miktarlarda bulunabilen İtalya'nın Pozzuoli kasabasından alır) ve Kireç. Su ile karıştırıldığında iki malzeme reaksiyona girerek güçlü beton üretebilir.

Ancak anlaşılan o ki hikayenin tamamı bu değil. 2023 yılında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, yalnızca malzemelerin düşündüğümüzden biraz farklı olmadığını, aynı zamanda bunları karıştırmak için kullanılan tekniklerin de farklı olduğunu buldu.

Dumanı tüten silahlar, iyi karıştırılmış beton gibi görünen bir yerde bulunabilen küçük beyaz kireç parçalarıydı. Bu parçaların varlığı daha önce zayıf karışıma veya malzemelere atfedilmişti ancak bu, MIT'den malzeme bilimcisi Admir Masek'e mantıklı gelmiyordu.

“Bu kireçtaşı bloklarının varlığının sadece düşük kalite kontrolünden kaynaklandığı fikri beni her zaman rahatsız etmiştir.” Macek dedi ki Ocak 2023'te.

“Romalılar birinci sınıf bir yapı malzemesi yapmak için bu kadar çok çaba harcadılarsa ve yüzyıllar boyunca rafine edilmiş tüm ayrıntılı tarifleri takip ettilerse, iyi karıştırılmış bir nihai ürünün üretilmesini sağlamak için neden bu kadar az çaba harcadılar? Daha fazlası olmalı. bu hikayeye.”

Macek ve MIT inşaat mühendisi Linda Seymour liderliğindeki ekip, İtalya'daki Perevernum arkeolojik alanından 2.000 yıllık Roma beton örneklerini 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.

Aklıma takılan sorulardan biri de kullanılan kirecin niteliğiydi. Puzolanik betonun standart anlayışı, kullanılmasıdır. Sulu kireç. İlk olarak kireçtaşı, kireçtaşı adı verilen oldukça reaktif bir kostik toz üretmek için yüksek sıcaklıklarda ısıtılır. Sönmemiş kireçVeya kalsiyum oksit.

Sönmemiş kirecin suyla karıştırılması sönmüş kireç veya kalsiyum hidroksit üretir: daha az reaktif ve daha az yakıcı bir macun. Teoriye göre, eski Romalıların puzolanla karıştırdığı şey bu sönmüş kireçti.

Ekibin analizine göre, numunelerinde bulunan kireç blokları bu yöntemle tutarlı değildi. Alternatif olarak, Roma betonu, sönmemiş kirecin doğrudan puzolan ve su ile son derece yüksek sıcaklıklarda tek başına veya sönmüş kirecin yanı sıra, ekibin “sıcak karıştırma” olarak adlandırdığı kireç kırıntıları üreten bir işlemle karıştırılmasıyla yapılmış olabilir.

“Sıcak karıştırmanın faydaları iki yönlüdür.” Macek dedi ki.

“Birincisi, agregalı beton yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında, yalnızca sönmüş kireç kullanıldığında mümkün olmayan kimyaların oluşmasına olanak tanır ve başka şekilde oluşamayan yüksek sıcaklıkta bağlı bileşikler oluşturur. İkincisi, bu artan sıcaklık, kürlenmeyi önemli ölçüde azaltır ve tüm reaksiyonlar hızlandırıldığı için sertleşme süreleri çok daha hızlı inşaata olanak tanıyor.”

Başka bir faydası daha var: Kireç kırıntısı betona olağanüstü bir kendini iyileştirme yeteneği verir.

Betonda çatlaklar oluştuğunda, bunlar tercihen matristeki diğer parçacıklardan daha yüksek yüzey alanına sahip olan kireç bloklarına doğru hareket eder. Su çatlağa girdiğinde kireçle reaksiyona girerek kalsiyum açısından zengin bir çözelti oluşturur, kalsiyum karbonat gibi kuruyup sertleşir, çatlağı tekrar birbirine yapıştırır ve daha fazla yayılmasını önler.

Bu fark edildi Cecilia Metella'nın mezarı gibi 2000 yıllık başka bir alandan alınan betonda, betondaki çatlaklar kalsit ile doldurulmuştu. Bu aynı zamanda, 2000 yıl önce inşa edilen deniz duvarlarından elde edilen Roma betonunun, okyanusların sürekli dövülmesine rağmen neden binlerce yıl boyunca bozulmadan kaldığını da açıklayabilir.

Böylece ekip, sönmemiş kireç kullanarak eski ve modern tariflerden puzolanik beton yaparak bulgularını test etti. Ayrıca sönmemiş kireçsiz kontrol betonu yaptılar ve çatlama testleri yaptılar. Tabii ki, çatlak kireçtaşı betonu iki hafta içinde tamamen kürlendi, ancak kontrol betonu çatlak olarak kaldı.

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

“Bu daha dayanıklı beton bileşimlerinin yalnızca bu malzemelerin hizmet ömrünü nasıl artırabileceğini değil, aynı zamanda 3D baskılı beton bileşimlerinin dayanıklılığını da nasıl geliştirebileceklerini düşünmek heyecan verici.” Macek dedi ki.

Araştırma şu tarihte yayınlandı: Bilimin ilerlemesi.

Bu makalenin bir sürümü ilk olarak Ocak 2023'te yayınlandı.