ΞΕΜΠΕΡΔΕΥΟΝΤΑΣ ΤΟ ΜΥΣΤΗΡΙΟ ΤΟΥ ΑΡΧΑΙΟΥ ΡΩΜΑΪΚΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ
Οι αρχαίοι Ρωμαίοι ήταν ευρέως γνωστοί για τα μηχανολογικά τους επιτεύγματα, το εκτεταμένο δίκτυο δρόμων, υδραγωγείων, λιμανιών και ογκωδών κτιρίων, τα ερείπια των οποίων είναι άθικτα μέχρι σήμερα.
Πολλές από αυτές τις διάσημες κατασκευές χτίστηκαν από σκυρόδεμα: Το Πάνθεον στη Ρώμη , που χτίστηκε γύρω στο 126-128 μ.Χ., είναι ο μεγαλύτερος θόλος από μη οπλισμένο σκυρόδεμα στον κόσμο και παραμένει αμετάβλητος. Πολλές άλλες αρχαίες ρωμαϊκές κατασκευές έχουν επίσης αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου σε διαφορετικά κλίματα, ζώνες σεισμών, ακόμη και σε άμεση επαφή με το θαλασσινό νερό. Ωστόσο, πολλά σύγχρονα αντίστοιχα σκυροδέματος έχουν καταρρεύσει μετά από λίγες μόνο δεκαετίες, με αποτέλεσμα οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο να αναρωτιούνται τι κάνει αυτό το αρχαίο οικοδομικό υλικό τόσο ισχυρό.
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών υπό την ηγεσία του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) έχει ρίξει φως σε αυτό το μυστήριο κάνοντας σημαντικές προόδους στην κατανόηση των συστατικών του εξαιρετικά ανθεκτικού σκυροδέματος και ανακαλύπτοντας μια προηγουμένως παραγνωρισμένη ικανότητα αυτοθεραπείας.
το Πάνθεον στη Ρώμη | εικόνα από τον Evan Qu
ΜΥΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ ΜΕ ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ
Για πολύ καιρό, οι ερευνητές πίστευαν ότι η ανθεκτικότητα του αρχαίου σκυροδέματος οφειλόταν σε ένα συστατικό: το ποζολανικό υλικό, προερχόμενο από την περιοχή Pozzuoli της Νάπολης. Μετά από πιο προσεκτική επιθεώρηση, η ομάδα μελέτης, με επικεφαλής το MIT, και συμπεριλαμβανομένων ερευνητών από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ιταλία και την Ελβετία, διαπίστωσε ότι αυτά τα αρχαία δείγματα περιείχαν επίσης μικρά λευκά κομμάτια που ονομάζονταν «lime clasts» (λάιμ ασβέστη), γνωστό από καιρό ότι είναι ένα πανταχού παρόν συστατικό του ρωμαϊκού σκυροδέματος.
«Από τότε που άρχισα να εργάζομαι με αρχαίο ρωμαϊκό σκυρόδεμα, πάντα με γοήτευαν αυτά τα χαρακτηριστικά»,
λέει ο καθηγητής Πολιτικής και Περιβαλλοντικής Μηχανικής του MIT Admir Masic.
«Αυτά δεν βρίσκονται σε σύγχρονα σκευάσματα σκυροδέματος, οπότε γιατί υπάρχουν σε αυτά τα αρχαία υλικά;»
Προηγουμένως, τα λευκά κομμάτια είχαν αγνοηθεί ως απόδειξη ακατάστατων πρακτικών ανάμειξης ή χαμηλής ποιότητας πρώτων υλών. Ωστόσο, η νέα μελέτη προτείνει ότι αυτά τα μικροσκοπικά εξογκώματα είναι αυτά που έδωσαν στο σκυρόδεμα μια ικανότητα αυτοθεραπείας.
«Η ιδέα ότι η παρουσία αυτών των κλαστών ασβέστη αποδόθηκε απλώς στον έλεγχο χαμηλής ποιότητας πάντα με ενοχλούσε»,
μοιράζεται ο Masic.
«Εάν οι Ρωμαίοι κατέβαλαν τόση προσπάθεια για να φτιάξουν ένα εξαιρετικό δομικό υλικό, ακολουθώντας όλες τις λεπτομερείς συνταγές που είχαν βελτιστοποιηθεί κατά τη διάρκεια πολλών αιώνων, γιατί θα έκαναν τόσο λίγη προσπάθεια για να εξασφαλίσουν την παραγωγή ενός καλά αναμεμειγμένου τελικού προϊόντος ? Πρέπει να υπάρχουν περισσότερα σε αυτή την ιστορία».
εικόνα από την Julie
Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ «ΘΕΡΜΗΣ ΑΝΑΜΕΙΞΗΣ»
Καθώς προχωρούσε η μελέτη, ο Masic αναρωτήθηκε:
«Ήταν δυνατό οι Ρωμαίοι να χρησιμοποιούσαν πραγματικά τον ασβέστη στην πιο δραστική του μορφή, που είναι γνωστός ως ασβέστης;»
Όταν αυτός και η ομάδα του ανέλυσαν τα δείγματα αυτού του αρχαίου σκυροδέματος, ανακάλυψαν ότι τα λευκά εγκλείσματα αποτελούνταν από διάφορες μορφές ανθρακικού ασβεστίου. Με βάση τη φασματοσκοπική εξέταση της ομάδας, φαίνεται ότι το ρωμαϊκό σκυρόδεμα πιθανότατα κατασκευάστηκε με ανάμιξη του ανθρακικού ασβεστίου με το ποζολανικό υλικό και το νερό σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, μια διαδικασία που ονομάζεται «καυτή ανάμειξη».
Η ομάδα είχε καταλήξει τώρα στο συμπέρασμα ότι η «καυτή ανάμειξη» ήταν το κλειδί για την εξαιρετικά ισχυρή φύση του σκυροδέματος.
Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι σβώλοι του ασβέστη αναπτύσσουν μια χαρακτηριστική εύθραυστη νανοσωματιδιακή αρχιτεκτονική που δημιουργεί μια εύκολα εύθραυστη και αντιδραστική πηγή ασβεστίου που θα μπορούσε να έχει μια κρίσιμη λειτουργία αυτοθεραπείας, σύμφωνα με τη μελέτη. Όταν σχηματίζονται μικροσκοπικές ρωγμές στο σκυρόδεμα, ταξιδεύουν στις σφαίρες ασβεστίου, οι οποίες έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια από άλλα σωματίδια. Αυτό το υλικό μπορεί στη συνέχεια να αντιδράσει με το νερό για να σχηματίσει ένα πλούσιο σε ασβέστιο διάλυμα που μπορεί να στεγνώσει και να σκληρύνει, κλείνοντας γρήγορα τη ρωγμή. Εναλλακτικά, μπορεί να αντιδράσει με ποζολανικά υλικά για περαιτέρω ενίσχυση του σύνθετου υλικού. Αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν αυθόρμητα και επομένως θεραπεύουν αυτόματα τις ρωγμές προτού διαδοθούν.
«Είναι συναρπαστικό να σκεφτόμαστε πώς αυτές οι πιο ανθεκτικές συνθέσεις σκυροδέματος θα μπορούσαν να επεκτείνουν όχι μόνο τη διάρκεια ζωής αυτών των υλικών, αλλά και πώς θα μπορούσαν να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα των σκευασμάτων σκυροδέματος που εκτυπώνονται με 3D»,
λέει ο Masic.
εικόνα με την ευγενική προσφορά του MIT news
Πληροφορίες έργου:
Όνομα μελέτης: Hot mixing: Mechanistic insights about the ανθεκτικότητα του αρχαίου ρωμαϊκού σκυροδέματος
Επικεφαλής: Massachusetts Institute of Technology (MIT)
Συγγραφείς: Linda M. Seymour, Janille Maragh, Paolo Sabatini, Michel Di Tommaso, James C. Weaver, Admir Masic
