Senovės romėnai buvo statybos ir inžinerijos meistrai, galbūt garsiausiai atstovaujami akvedukų. Ir the vis dar funkcionuojantys stebuklai priklauso nuo unikalios statybinės medžiagos: pozzolanic betonas, įspūdingai patvarus betonas, suteikiantis romėnų struktūroms jų neįtikėtiną jėgą.
Net ir šiandien viena iš jų struktūrų – „Panteon“, vis dar nepažeistas ir beveik 2000 metų – turi didžiausio pasaulyje nepageidaujamo betono kupolo rekordą.
Šio betono savybės paprastai buvo priskiriamos jo ingredientams: „Pozzolana“, vulkaninių pelenų mišinys, pavadintas Italijos Pozzuoli miesto vardu, kur galima rasti didelį jo telkinį – ir kalkes. Sumaišius su vandeniu, abi medžiagos gali reaguoti, kad susidarytų stiprus betonas.
Bet tai, kaip paaiškėja, nėra visa istorija. 2023 m. Tarptautinė tyrėjų komanda, kuriai vadovauja Masačusetso technologijos institutas (MIT), nustatė, kad ne tik medžiagos šiek tiek skiriasi nuo to, ką galbūt galvojome, bet ir jų maišymui naudojamos technikos buvo skirtingi.
Rūkymo pistoletai buvo maži, balti kalkių gabaliukai, kuriuos galima rasti kitaip gerai sumaišytame betone. Šių gabaliukų buvimas anksčiau buvo priskirtas prastai maišyti ar medžiagas, tačiau tai neturėjo prasmės medžiagų mokslininkui Admir MIT MIT.
„Idėja, kad šių kalkių klasifikacijų buvimas buvo tiesiog priskiriamas žemos kokybės kontrolei, mane visada vargino“,-sakė Masicas dar 2023 m. Sausio mėn.
„Jei romėnai įdeda tiek pastangų, kad padarytų puikią statybinę medžiagą, remdamiesi visais išsamiais receptais, kurie buvo optimizuoti per daugelį amžių, kodėl jie turėtų tiek mažai pastangų užtikrinti gerai sumaišyto galutinio produkto gamybą ?
Masic ir komanda, kuriai vadovavo MIT inžinierius Linda Seymour, kruopščiai ištyrė 2000 metų senumo Romos betono pavyzdžius iš Privernum archeologinės vietos Italijoje.
Šiems mėginiams buvo atlikta didelio ploto skenavimo elektronų mikroskopija, energijos dispersinė rentgeno spektroskopija, miltelių rentgeno spindulių difrakcija ir konfokalinis Ramano vaizdas, kad būtų galima geriau suprasti kalkių klasifikacijas.
Vienas iš klausimų buvo naudojamos kalkių pobūdis. Standartinis „Pozzolanic“ betono supratimas yra tas, kad jis naudoja išpjaustytas kalkes. Pirma, kalkakmenis kaitinamas aukštoje temperatūroje, kad susidarytų labai reaktyvūs kaustiniai milteliai, vadinami „QuickLime“ arba kalcio oksidu.
Maišant greitąjį kalkę su vandeniu, susidaro išpjaustytos kalkės arba kalcio hidroksidas: šiek tiek mažiau reaktyvi, mažiau kaustinė pasta. Remiantis teorija, būtent ši nugrimzdusi kalkė senovės romėnai sumaišė su pozzolana.
Remiantis komandos analize, jų mėginių kalkių skliautai neatitinka šio metodo. Romėnų betonas greičiausiai buvo pagamintas sumaišant greitąjį kalkę tiesiogiai su pozzolana ir vandeniu ypač aukštoje temperatūroje, savaime arba, be nugrimzdusių kalkių, procesą, kurį komanda vadina „karštu maišymu“, kuris lemia kalkių klasifikacijas.
„Karšto maišymo pranašumai yra dvejopi“, – teigė Masicas.
„Pirma, kai bendras betonas kaitinamas iki aukštos temperatūros, jis leidžia chemijos, kurios nėra įmanoma, jei naudojate tik pjaustytą kalkę, sukuriant su aukštu temperatūroje susijusius junginius, kurie kitaip nesusiformuotų. Antra, ši padidėjusi temperatūra žymiai sumažina kietėjimą ir nustatymą Laikai, kai visos reakcijos pagreitėjo, leidžiančios daug greičiau konstrukcijai “.
Ir tai turi dar vieną pranašumą: kalkių gniaužtai suteikia konkrečioms puikiems savigydos sugebėjimams.
Kai betone susidaro įtrūkimai, jie pirmiausia keliauja į kalkių klasifikacijas, kurių paviršiaus plotas yra didesnis nei kitos matricos dalelės. Kai vanduo patenka į įtrūkimą, jis reaguoja su kalkėmis, kad sudarytų tirpalą, kuriame gausu kalcio, kuris džiūsta ir sukietėja kaip kalcio karbonatas, suklijuodamas įtrūkimą ir neleidžiant jam toliau plisti.
Tai pastebėta betone iš dar 2 000 metų senumo vietos, Caecilia metella kapas, kur betono įtrūkimai buvo užpildyti kalcite. Tai taip pat galėtų paaiškinti, kodėl Romos betonas iš jūros sienų, pastatytų prieš 2000 metų, išliko nepažeistas tūkstantmečius, nepaisant nuolatinio vandenyno mušimo.
Taigi, komanda išbandė savo išvadas, padarydama „Pozzolanic“ betoną iš senovės ir šiuolaikinių receptų, naudodama „QuickLime“. Jie taip pat padarė valdymo betoną be greito kalkės ir atliko įtrūkimų testus. Be abejo, įtrūkęs „QuickLime“ betonas buvo visiškai išgydytas per dvi savaites, tačiau kontrolinis betonas liko įtrūkęs.
Dabar komanda stengiasi komercializuoti savo betoną kaip ekologiškesnę alternatyvą dabartiniams betonams.
„Įdomu galvoti apie tai, kaip šios patvaresnės betono kompozicijos galėtų išplėsti ne tik šių medžiagų tarnavimo laiką, bet ir kaip tai galėtų pagerinti 3D atspausdintų betono formuluočių patvarumą“,-teigė Masicas.
Tyrimas buvo paskelbtas Mokslo pažanga.
Šio straipsnio versija pirmą kartą buvo paskelbta 2023 m. Sausio mėn.
