راز دوام بتن دوره روم باستان کشف شد - مقاله های علمی

به گزارش مقاله های علمی، زومیت نوشت: در آزمایش های تازه پژوهشگران، دلیل دوام بالای بتن رومیان باستان کشف و معین شده است که روش فراوری آن طبق تصور گذشته نبوده است.

رومیان باستان استاد ساخت وساز و مهندسی بودند و شاید مشهورترین بناهای آن ها قنات های رومی باشد. این شگفتی ها که کارآیی خود را همچنان حفظ نموده اند، بر ماده ساختمانی منحصربه فردی به نام بتن پوزولانی متکی هستند. بتن پوزولانی بتن بسیار بادوامی است که به سازه های رومی مقاومت باورنکردنی آن ها را بخشیده است.

حتی امروزه، یکی از سازه های رومیان باستان یعنی پانتئون همچنان سالم است. این بنا که حدود 2000 سال قدمت دارد، بزرگ ترین گنبد دنیا است که از بتن غیرمسلح ساخته شده است.

به طورکلی، خواص بتن بادوام رومی به مواد تشکیل دهنده آن یعنی پوزولان نسبت داده شده است. پوزولان ترکیبی از آهک و خاکستر آتشفشانی است. نام این ماده برگرفته از پوزولی شهری در ایتالیا است که در آن ذخایر قابل توجهی از این گونه خاکستر آتشفشانی یافت می گردد. وقتی آهک و خاکستر آتشفشانی با آب مخلوط می شوند، می توانند واکنش دهند و بتنی قوی فراوری نمایند.

اما به تازگی معین شده است، این تمام ماجرا نیست. به گزارش ساینس آلرت، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی موسسه فناوری ماساچوست (MIT) دریافتند که علاوه بر اینکه مواد مذکور از چیزی که قبلا تصور می شد، قدری متفاوت هستند، بلکه روش مورد استفاده برای مخلوط کردن آن ها نیز متفاوت بوده است. مدرک این موضوع تکه های کوچک آهک سفیدرنگی است که می توان آن ها را در بتنی پیدا کرد که به نظر می رسد صرف نظر از این تکه ها، به خوبی مخلوط شده است.

وجود تکه های آهکی در بتن رومی قبلا به مخلوط کردن ضعیف مواد نسبت داده می شد، اما این موضوع برای ادمیر ماسیک، دانشمند علم مواد موسسه فناوری ماساچوست معقول به نظر نمی رسید. ماسیک می گوید: این موضوع که وجود این آهک ها به کنترل کیفیت پایین نسبت داده می شد، همواره مرا آزار می داد. اگر رومی ها با پیروی از دستورالعمل های دقیقی که در طول چندین قرن بهینه شده بود، کوشش زیادی برای ساخت مصالح ساختمانی ممتاز انجام می دادند، چرا برای اینکه محصول نهایی به خوبی مخلوط گردد، زیاد کوشش نمی کردند؟ باید مسأله دیگری در بین باشد.

ماسیک و تیم پژوهشی به رهبری لیندا سیمور، مهندس عمران از موسسه فناوری ماساچوست نمونه های دو هزار ساله بتن رومی را از محوطه باستان شناسی در پریورنو ایتالیا به دقت مورد مطالعه قرار دادند. پژوهشگران از میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس، پراش پودر و تصویربرداری رامان کانفوکال استفاده کردند تا درک بهتری از اجزای آهکی این بتن به دست آورند.

یکی از سؤالات پژوهشگران ماهیت آهکی بود که استفاده شده بود. تصور رایج این بوده است که برای فراوری بتن پوزولانی از آهک آبدیده استفاده می گردد. طبق این روش، ابتدا سنگ آهک در دمای بالا قرار می گیرد تا پودر سورآوز بسیار واکنش پذیری به نام آهک زنده یا کلسیم اکسید فراوری گردد.

حاصل مخلوط کردن آهک زنده با آب، آهک آبدیده یا کلسیم هیدروکسید است: خمیری با واکنش پذیری و سوزآوری کمتر. طبق تئوری رایج، رومیان آهک آبدیده را با پوزولان ترکیب می کردند.

براساس تجزیه وتحلیل پژوهشگران، تکه های آهک موجود در نمونه های آن ها با روش فرضی سازگار نیست. درعوض، بتن رومی ها احتمالا با مخلوط کردن آهک زنده به طور مستقیم با پوزولان و آب در دمای بسیار بالا، به تنهایی یا به اضافه آهک آبدیده فراوری شده است. پژوهشگران این فرایند را اختلاط داغ می خوانند که به تشکیل تکه های آهک منجر می گردد. ماسیک می گوید: مزیت های اختلاط داغ، مضاعف است. اول اینکه وقتی بتن خیلی داغ می گردد، امکان واکنش های شیمیایی فراهم می گردد که اگر فقط از آهک آبدیده بهره ببرید، امکان پذیر نیست و ترکیبات مرتبط با دمای بالا را فراوری می نماید که در غیراین صورت تشکیل نمی شوند. دوم، دمای بالا به اندازه قابل توجهی زمان عمل آوری و گیرش را کاهش می دهد، زیرا تمام واکنش ها تسریع می شوند و امکان ساخت وساز سریع تر فراهم می گردد.

روش مذکور برای فراوری بتن فایده دیگری نیز دارد: تکه های آهک به بتن توانایی ترمیم خود را می دهند. وقتی بتن ترک می خورد، ترک ها به سمت تکه های آهکی حرکت می نمایند که نسبت به سایر ذرات موجود در ترکیب سطح بزرگ تری دارند. وقتی آب وارد ترک می گردد، با آهک واکنش می دهد و مایع غنی از کلسیمی را تشکیل می دهد که به شکل کلسیم کربنات خشک و سفت می گردد و ترک را ترمیم می نماید و از توسعه بیشتر آن پیشگیری می نماید.

این مسأله در بتن محوطه 2000 ساله دیگری به نام مقبره سیسیلیا متلا مشاهده شده است که در آن شکاف های درون بتن با کلسیت پر شده است. این موضوع بعلاوه می تواند شرح دهد که چرا بتن دیوارهای دریایی که دو هزار سال پیش از طریق رومیان ساخته شده است، علی رغم برخورد مداوم آب اقیانوس سالم مانده است.

تیم یافته های خود را با ساخت بتن پوزولانی طبق دستورالعمل های باستانی و مدرن با استفاده از آهک زنده آزمایش کرد. آن ها همچین بتن شاهد بدون آهک زنده ای را فراوری کردند و آزمایش های ترک را انجام دادند. مطابق انتظار، بتن ترک خورده ای که از آهک زنده ساخته شده بود، در عرض دو هفته کاملا ترمیم شد اما بتن شاهد، ترک خورده باقی ماند.

پژوهشگران اکنون درحال تجاری سازی بتن خود به عنوان جایگزینی با سازگاری زیست محیطی بیشتر برای بتن های فعلی هستند. ماسیک می گوید: فکر کردن دراین باره هیجان انگیز است که چگونه این فرمولاسیون های بتن بادوام تر می تواند عمر مفید این مواد را افزایش دهد، اما موضوع مجذوب کننده دیگر این است که این روش چگونه می تواند دوام فرمولاسیون های چاپ سه بعدی را نیز بهبود دهد.

227227