به گزارش اخبار ساخته ها؛  بتن رومی از مصالح ساختمانی است که در گذشته های بسیار دور توسط رومیان باستان مورد استفاده قرار گرفته است. از ویژگی های مهم این بتن سبک تر و با دوام تر بودن آن نسبت به بتن مدرن می باشد که عمر طولانی آن در باقی مانده سازه های رومی باستان در طول بیش از دو هزار سال، نشان دهنده کیفیت بالای این نوع بتن می باشد.

تفاوت بتن رومی و بتن مدرن

بتن معمولی که امروزه در ساخت وساز مورد استفاده قرار می گیرد از موادی مانند سیمان پورتلند، شن، ماسه، سنگ آهک، رس، گچ و غیره تشکیل می شود و طوری باید درست شود که در طول زمان هیچ کنش و واکنشی در آن صورت نگیرد زیرا با گذشت زمان باعث فرسایش بتن می شود. سازه های بتنی مدرن طوری طراحی می شوند که مجبور به تحمل نیروهای کششی و تقویت آن بر این اساس باشند.

این در حالی است که سازه های بتن رومی طوری طراحی می شد که در معرض تنش قرار نگیرند. امروزه با وجود آگاهی یافتن از کیفیت بالای بتن مورد استفاده رومیان، علت اصلی استفاده نکردن از این بتن این است که نحوه تهیه و ساخت آن به طور دقیق در دسترس نیست.

مواد تشکیل دهنده بتن ساختمان ها و سازه های رومی از خاکستر آتشفشان، آهک، و آب دریا و ماده ای معدنی به نام آل نوبرموریت و فیلیپسیت که به وفور در آن وجود داشت، ایجاد می شد و بر اساس واکنش های شیمیایی که در رسوبات خاکستری رخ می داد، بتن ساخته می شد که این خاکستر همان آتشفشان بوده که در اثر واکنش با مواد دیگر، بتن بسیار مقاوم و پایداری را به وجود می آورد. این بتن با گذشت زمان با برخورد آب به آن، با انجام واکنش های شیمیایی موجب تقویت شدن بیشتر بتن می شود.

راز دوام بتن رومی

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی موسسه فناوری ماساچوست (MIT) دریافتند که علاوه بر اینکه مواد مذکور از چیزی که قبلا تصور می‌شد، قدری متفاوت هستند، بلکه روش مورد استفاده برای مخلوط کردن آن‌ها نیز متفاوت بوده است. مدرک این موضوع تکه‌های کوچک آهک سفیدرنگی است که می‌توان آن‌ها را در بتنی پیدا کرد که به‌نظر می‌رسد صرف‌نظر از این تکه‌ها، به‌خوبی مخلوط شده است.

وجود تکه‌های آهکی در بتن رومی قبلا به مخلوط کردن ضعیف مواد نسبت داده می‌شد، اما این موضوع برای ادمیر ماسیک، دانشمند علم مواد موسسه فناوری ماساچوست معقول به‌نظر نمی‌رسید. ماسیک می‌گوید: «این موضوع که وجود این آهک‌ها به کنترل کیفیت پایین نسبت داده می‌شد، همیشه مرا آزار می‌داد. اگر رومی‌ها با پیروی از دستورالعمل‌های دقیقی که در طول چندین قرن بهینه شده بود، تلاش زیادی برای ساخت مصالح ساختمانی ممتاز انجام می‌دادند، چرا برای اینکه محصول نهایی به خوبی مخلوط شود، زیاد تلاش نمی‌کردند؟ باید مسأله دیگری در بین باشد.»

ماسیک و تیم پژوهشی به رهبری لیندا سیمور، مهندس عمران از موسسه فناوری ماساچوست نمونه‌های دو هزار ساله بتن رومی را از محوطه باستان‌شناسی در پریورنو ایتالیا به دقت مورد مطالعه قرار دادند. پژوهشگران از میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف‌سنجی 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 تولید بتن پوزولانی از آهک آبدیده استفاده می‌شود. طبق این روش، ابتدا سنگ آهک در دمای بالا قرار می‌گیرد تا پودر سورآوز بسیار واکنش‌پذیری به نام آهک زنده یا کلسیم اکسید تولید شود.

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

براساس تجزیه‌وتحلیل پژوهشگران، تکه‌های آهک موجود در نمونه‌های آن‌ها با روش فرضی سازگار نیست. درعوض، بتن رومی‌ها احتمالا با مخلوط کردن آهک زنده به‌طور مستقیم با پوزولان و آب در دمای بسیار بالا، به‌تنهایی یا به اضافه آهک آبدیده تولید شده است. پژوهشگران این فرایند را «اختلاط داغ» می‌خوانند که به تشکیل تکه‌های آهک منجر می‌شود. ماسیک می گوید: «مزیت‌های اختلاط داغ، مضاعف است. اول اینکه وقتی بتن خیلی داغ می‌شود، امکان واکنش‌های شیمیایی فراهم می‌شود که اگر فقط از آهک آبدیده استفاده کنید، امکان‌پذیر نیست و ترکیبات مرتبط با دمای بالا را تولید می‌کند که در غیراین‌صورت تشکیل نمی‌شوند. دوم، دمای بالا به میزان قابل‌توجهی زمان عمل‌آوری و گیرش را کاهش می‌دهد، زیرا تمام واکنش‌ها تسریع می‌شوند و امکان ساخت‌وساز سریع‌تر فراهم می‌شود.»

روش مذکور برای تولید بتن فایده‌ی دیگری نیز دارد: تکه‌های آهک به بتن توانایی ترمیم خود را می‌دهند. وقتی بتن ترک می‌خورد، ترک‌ها به سمت تکه‌های آهکی حرکت می‌کنند که نسبت‌به سایر ذرات موجود در ترکیب سطح بزرگ‌تری دارند. وقتی آب وارد ترک می‌شود، با آهک واکنش می‌دهد و مایع غنی از کلسیمی را تشکیل می‌دهد که به شکل کلسیم‌کربنات خشک و سفت می‌شود و ترک را ترمیم می‌کند و از گسترش بیشتر آن پیشگیری می‌کند.

این مسأله در بتن محوطه ۲۰۰۰ ساله دیگری به نام «مقبره سیسیلیا متلا» مشاهده شده است که در آن شکاف‌های درون بتن با کلسیت پر شده است. این موضوع همچنین می‌تواند توضیح دهد که چرا بتن دیوارهای دریایی که دو هزار سال پیش به‌وسیله‌ی رومیان ساخته شده است، علی‌رغم برخورد مداوم آب اقیانوس سالم مانده است.

تیم یافته‌های خود را با ساخت بتن پوزولانی طبق دستورالعمل‌های باستانی و مدرن با استفاده از آهک زنده آزمایش کرد. آن‌ها همچین بتن شاهد بدون آهک زنده‌ای را تولید کردند و آزمایش‌های ترک را انجام دادند. مطابق انتظار، بتن ترک ‌خورده‌ای که از آهک زنده ساخته شده بود، در عرض دو هفته کاملا ترمیم شد اما بتن شاهد، ترک‌خورده باقی ماند.

پژوهشگران اکنون درحال تجاری‌سازی بتن خود به‌عنوان جایگزینی با سازگاری زیست‌محیطی بیشتر برای بتن‌های فعلی هستند. ماسیک می‌گوید: «فکر کردن دراین‌باره هیجان‌انگیز است که چگونه این فرمولاسیون‌های بتن بادوام‌تر می‌تواند عمر مفید این مواد را افزایش دهد، اما موضوع جذاب دیگر این است که این روش چگونه می‌تواند دوام فرمولاسیون‌های چاپ سه‌بعدی را نیز بهبود دهد.»

آنجلو سرامیکا