مطالعه نشان می دهد که بتن رومی “خود ترمیم شونده” می تواند به ساخت و ساز مدرن کمک کند | علوم پایه

آنها در برابر سقوط یک امپراتوری، کشتار جنگ های بزرگ و پایه گذاری یک کشور جدید ایستاده اند. اما این که چرا سازه های ساخته شده با بتن رومی تا این حد بادوام هستند، همچنان یک راز باقی مانده است.

اکنون محققان می گویند که یک توضیح ممکن را کشف کرده اند: تکنیک استفاده شده برای ساخت این ماده ممکن است به دادن خواص خود ترمیمی به آن کمک کرده باشد.

ادمیر ماسیچ، استاد مهندسی عمران و محیط زیست MIT و نویسنده اصلی مقاله، گفت: “پانتئون بدون بتن مانند زمان روم وجود نداشت.”

اما، او افزود، علی‌رغم اینکه پلینی بزرگتر نویسنده و فیلسوف رومی اشاره کرده است که بتن می‌تواند با افزایش سن قوی‌تر شود، بعید است که رومی‌ها از شیمی درگیر – یا مدت زمان ماندگاری این ماده آگاه باشند.

ماسیچ گفت: «آنها می دانستند که این ماده عالی است، اما احتمالاً نمی دانستند که هزاران سال دوام خواهد آورد.

بتن رومی با استفاده از توده‌های سنگ‌های آتشفشانی و سایر سنگ‌دانه‌هایی که با ملات ساخته شده از موادی از جمله پوزولان (مانند خاکستر آتشفشانی)، منبع آهک (اکسید کلسیم) و آب در کنار هم نگه داشته می‌شد، تولید شد.

در میان توضیحات قبلی در مورد استحکام این ماده، محققان نشان داده‌اند که بتن حاصل از موج شکن‌ها و پایه‌های رومی حاوی مواد معدنی آلومینوز توبرموریت و فیلیپسیت است که به تقویت بتن کمک می‌کنند.

اکنون محققان می‌گویند به نظر می‌رسد تکنیک‌های مورد استفاده برای آماده‌سازی بتن رومی نیز می‌تواند به توضیح اینکه چرا در آزمون زمان ایستاده است کمک کند.

Masic و همکارانش در ژورنال Science Advances می نویسند که نمونه های بتن رومی حاوی توده های کوچکی هستند که به عنوان کلاسه های آهکی شناخته می شوند که در سازه های مدرن یافت نمی شوند.

در حالی که قبلاً توضیح داده شده بود که این موارد ناشی از اختلاط ضعیف خمپاره یا خطاهای دیگر است، تیم مشکوک بود که ممکن است دلایل دیگری نیز وجود داشته باشد.

آنها نمونه ای از بتن رومی را از دیواری در شهر باستانی Privernum در نزدیکی رم بررسی کردند و نشان دادند که کلاسه های آهکی درون آن حاوی اشکال مختلفی از کربنات کلسیم است که برخی از آنها در شرایطی که آب آزادانه در دسترس نیست به وجود می آیند.

این تیم متوجه شد که این کلاس ها متخلخل با شکاف هایی هستند، که همچنین نشان می دهد که آنها در دمای بالا و محیط کم آب تشکیل شده اند.

محققان می گویند این نشان می دهد که آهک زنده قبل از اضافه شدن به سایر مواد با آب مخلوط نشده است. در عوض، احتمالاً قبل از اضافه شدن آب، ابتدا به خاکستر و مصالح اضافه شده است.

این روش به دلیل گرمای تولید شده به “اختلاط گرم” معروف است. این تیم اضافه می کند که این دماهای بالا نه تنها به گیرش ملات کمک می کند، بلکه محتوای آب را در داخل و اطراف کلاسه های آهک کاهش می دهد و نتایج آنها را توضیح می دهد.

این تیم پیشنهاد می‌کند که کلاسه‌های آهکی به‌دست‌آمده می‌توانند به “خود التیام” بتن کمک کنند، زیرا آب به داخل شکاف‌های این ماده نفوذ می‌کند، کربنات کلسیم را هنگام عبور از لایه‌های آهک حل می‌کند.

شکستگی در بتن می تواند خود به خود ترمیم شود یا با این مایع غنی از کلسیم که با مواد آتشفشانی واکنش می دهد یا با تبلور مجدد کربنات کلسیم. در واقع، تیم تحقیقاتی خاطرنشان کرد که اخیراً در بتن رومی شکاف های پر از کربنات کلسیم پیدا شده است.

ماسیچ و همکارانش برای آزمایش نظریه خود، بتن الهام گرفته از رومی را ساختند که به صورت مکانیکی آن را شکستند. سپس قطعات را 0.5 میلی متر از هم جدا کردند و آنها را در یک دوره 30 روزه در معرض آب جاری قرار دادند. نمونه‌هایی که حاوی کلست‌های آهکی بودند که با کلسیت تازه تشکیل شده مهر و موم شده بودند، اما نمونه‌های شاهد بدون کلاس آهک شکسته باقی ماندند.

ماسیچ گفت که رویکرد رومی می تواند در ساخت و ساز مدرن مفید باشد.

او گفت: «رویکردهای الهام‌گرفته از رومی، برای مثال بر اختلاط داغ، ممکن است راهی مقرون‌به‌صرفه برای ماندگاری بیشتر زیرساخت‌های ما از طریق مکانیسم‌های خوددرمانی باشد که در این مطالعه نشان می‌دهیم.»