راز دوام چند هزار ساله بناهای روم باستان کشف شد / دستیابی به فرمول بتن باستانی جادویی

دانشمندان پس از سال‌ها تحقیق، در نهایت راز دوام بالای بتن رومیان باستان را دریافتند.

به گزارش ساینس الرت، رومیان باستان استادان معماری و مهندسی بودند که شاید مشهورترین هنرشان را بتوان در مهندسی قنات‌ها مشاهده کرد. مهندسان ساختمان روم باستان، یک فرمول جادویی برای استحکام بناها داشتند. آن‌ها از بتنی مشهور به بتن پوزولانی استفاده می‌کردند؛ بتنی فوق‌العاده بادوام که به سازه‌های رومی استحکامی باورنکردنی داده است.

حتی امروزه، یکی از سازه‌های آنها، پانتئون با عمر ۲ هزار ساله و هنوز دست‌نخورده، کورد بزرگترین گنبد بتن مسلح جهان را در اختیار دارد.

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 یافت می‌شود) و آهک. هنگامی که این دو ماده با آب مخلوط می‌شوند، بتنی قوی از این واکنش شیمیایی حاصل می‌شود.

اما این همه فرمول نیست. یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری موسسه فناوری ماساچوست (MIT) دریافتند که نه تنها مواد تشکیل‌دهنده این بتن جادویی کمی متفاوت از آن چیزی است که ما فکر می‌کردیم، بلکه تکنیک‌های مخلوط کردن این مواد نیز متفاوت است.

محققان نمونه‌های ۲۰۰۰ ساله بتن رومی را از سایت باستان‌شناسی «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 و تصویربرداری رامان کانفوکال قرار گرفتند تا درک بهتری از رده‌های آهک به دست آورند.

یکی از سوالاتی که وجود داشت، ماهیت آهک مورد استفاده بود. در بتن پوزولانی این است که در آن از آهک کندشده استفاده می‌شود. ابتدا سنگ آهک در دماهای بالا گرم می‌شود 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 است: خمیری با واکنش‌پذیری و سوزآوری کمتر. به صورت تئوری، این آهک خشک شده بود که رومیان باستان با پوزولانا مخلوط می‌کردند.

بر اساس آنالیز این تیم، ذره‌های آهکی در نمونه‌های مورد بررسی با این روش سازگار نیست. در عوض، بتن رومی احتمالا 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 آن را «اختلاط داغ» می‌نامد که منجر به ایجاد ذرات آهک می‌شود. در واقع بنا به گفته محققان، مزایای این اختلاط داغ، به نسبت آنچه قبلا تصور می‌شد، بسیار بیشتر است.

در این روش، هنگامی که ترکی در بتن ایجاد و آب وارد شکاف می‌شود، با آهک واکنش نشان می‌دهد و محلولی غنی از کلسیم تشکیل می‌دهد. وقتی خشک می‌شود، به صورت کربنات کلسیم سخت درمی‌آید، ترک را دوباره به هم می‌چسباند و از گسترش بیشتر آن جلوگیری می‌کند.

این در ساختمان بتنی ۲۰۰۰ ساله دیگری به نام مقبره «Caecilia Metella» مشاهده شده است که در آن شکاف‌های بتن با کلسیت پر شده است. همچنین این یافته‌ها می‌تواند توضیح دهد که چرا بتن رومی در دیواره‌های دریایی ساخته شده در ۲۰۰۰ سال پیش، با وجود ضربات مداوم اقیانوس، تا کنون سالم باقی مانده است.

نتایج این تحقیق در «Science Advances» منتشر شده است.

منبع: همشهری