بتن رومی چگونه پس از ۲ هزار سال هنوز پابرجاست؟
پس از گذشت ۲ هزارسال از اوج امپراتوری روم، برخی از سازه‌های امپراتوری روم هنوز پابرجا هستند. باستان‌شناسان می‌گویند این سازه‌های باستانی به‌دلیل مواد تشیکل دهنده و روش‌های تولید که داشته توانسته‌اند از آزمون زمان سربلند بیرون آیند، از جمله پانتئون در رم؛ قنات‌های رومی در اسپانیا و حمام‌های رومی در انگلستان.
به گزارش خبرنگار ایلنا به نقل از لایوساینس، بتن‌های رومی پس از گذشت دو هزارسال هنوز پابرجا هستند. باستان‌شناسان می‌گویند، طول عمر این سازه‌ها را می‌توان تا حد زیادی به بتن رومی نسبت داد.
اما چه چیزی بتن رومی را بسیار خاص می‌کند؟ چه چیزی در مورد این ماده وجود دارد که به سازه‌ها اجازه داده است هزاران سال پابرجا بمانند؟
محققان هنوز در مورد چگونگی ساخت بتن رومی سردرگم هستند، اما سرنخ‌هایی دارند، از جمله بسیاری از مواد تشکیل‌دهنده این سازه‌ها به‌خصوص هنگام باران که خودترمیمی می‌کنند.
مهم است که بدانیم بتن چگونه ساخته می‌شود. بتن مدرن با سیمان شروع می‌شود، که یک پودر ریز است که هنگام مخلوط شدن با آب به خمیر تبدیل می‌شود. یکی از اجزای کلیدی سیمان، سنگ آهک رسوبی است که عمدتا از کربنات کلسیم ساخته شده است، ترکیبی که در دنیای طبیعی، در تخم مرغ و صدف نیز یافت می‌شود.
سنگ آهک با مواد دیگر مانند خاک رس مخلوط می‌شود و سپس در کوره با دمای ۲۷۰۰ درجه فارنهایت (۱۴۸۲ درجه سانتیگراد) گرم می‌شود تا ماده‌ای به نام کلینکر تولید شود. آسیاب کردن کلینکر و همچنین برخی افزودنی‌ها به صورت پودر ریز، سیمان تولید می‌کند.سیمان پرتلند، رایج‌ترین سیمانی است که امروزه استفاده می‌شود .
سمیه نصیری، دانشیار مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه کالیفرنیا در این رابطه می‌گوید، بسته به محیط، سازه‌های ساخته شده از سیمان پرتلند طول عمری بین ۷۵ تا ۱۰۰ سال دارند. بتن از زمان استفاده‌اش در دوران روم به وضوح تغییر کرده است، اما حقیقت این است که از زمان اختراعش در حال تغییر بوده است.
او می‌گوید: استفاده از مواد شبیه بتن به ۶۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح برمی‌گردد. سوری‌های عصر حجر به طور تصادفی با استفاده از آتشدان‌های خود، ترکیب ساختمانی معدنی معروف به آهک را توسعه دادند که احتمالا سنگ‌های اطراف را در نسخه‌ای ابتدایی از فرآیند مدرن معروف به کلسیناسیون گرم می‌کرد. در همین حال، مایاها در آمریکای میانه حدود ۱۱۰۰ سال قبل از میلاد، پیش‌سازهای بتن را با استفاده از آهک زنده توسعه دادند که از حرارت دادن سنگ آهک تا دمای بالا، آزاد کردن دی اکسید کربن و تبدیل کربنات کلسیم آن به اکسید کلسیم حاصل می‌شود. اما بتن رومی ترکیبی منحصر به فرد بود و شگفتی‌هایی آفرید.
کوین دیکوس، دانشیار ادبیات کلاسیک در دانشگاه اورگان گفت: بتن امپراتوری را ساخت.
به گفته دیکوس، رومی‌ها از بتن خود تا قرن سوم پیش از میلاد استفاده می‌کردند. اسرار پشت بتن رومی هم از مواد تشکیل دهنده آن و هم از روش‌های مخلوط کردن آنها ناشی می‌شود.
به گفته دیکوس، یکی از "تغییر دهنده‌های بازی" پوزولان یا خاکستر بود. رومی‌ها از خاکستر بسترهای آتشفشانی شهر پوتزولی ایتالیا استفاده می‌کردند و آن را به سراسر امپراتوری حمل می‌کردند. امروزه، پوزولان شامل پومیس و خاکستر بادی است که محصول جانبی احتراق زغال سنگ است. سیلیس و آلومینای موجود در خاکستر در دمای محیط با آهک و آب در یک واکنش پوزولانی واکنش می‌دهند و در نتیجه بتنی قوی‌تر و بادوام‌تر ایجاد می‌شود. پوزولان همچنین برای ساخت سیمان هیدرولیکی استفاده می‌شود که می‌تواند در زیر آب سخت شود.
دیکوس معتقد است، یکی دیگر از عناصر کلیدی، آهک‌های آهکی یا تکه‌های کوچک آهک زنده است. این آهک‌ها به بتن رومی قابلیت خودترمیمی می‌دهند. بتن در طول زمان دچار فرسایش و تضعیف می‌شود، اما آب می‌تواند به ترک‌های آن نفوذ کرده و به آهک‌ها برسد. وقتی آنها با آب واکنش می‌دهند، آهک‌ها کریستال‌هایی به نام کلسیت ایجاد می‌کنند که ترک‌ها را پر می‌کنند. به این ترتیب، بتن رومی می‌تواند خود را ترمیم کند. به عنوان مثال، مقبره ۲۰۰۰ ساله سیسیلیا متلا در نزدیکی رم ترک‌هایی پر از کلسیت را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد در مقطعی از زمان ساخت آن، آب، آهک‌ها را در بتن آن فعال کرده است.
تیمی از محققان دانشگاه MIT در مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۳ در مجله Science Advances منتشر شد، اثر کلاست‌ها را نشان دادند. آنها بتن رومی را با میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی و اشعه ایکس تجزیه و تحلیل کردند تا ببینند چه چیزی باعث استحکام آن شده و نحوه ساخت آن را درک کنند، در حالی که به نظر می‌رسید رومی‌ها این شگفتی مهندسی را به طور شهودی درک می‌کردند. دیکوس می‌گوید: آیا این فقط یک تصادف خوشایند بود یا واقعا می‌دانستند چه می‌کنند؟
رومی‌ها همچنین از روشی به نام مخلوط داغ استفاده می‌کردند که شامل ترکیب آهک زنده با پوزولان، آب و سایر مواد و سپس گرم کردن آنها می‌شود. تیم MIT دریافت که این روش به آزادسازی توانایی‌های خودترمیمی آهک کمک می‌کند و می‌تواند منجر به گیرش سریع‌تر سیمان ساخته شده با محلول آهک زنده و آب به نام آهک شکفته شود، که به گفته دیکوس امروزه رایج است.
محققان هنوز در حال بررسی بتن رومی هستند. نصیری افزود: ما هنوز در حال کشف برخی از روش‌هایی هستیم که آنها برای مخلوط کردن و تهیه مواد استفاده می‌کردند.
دیکوس توضیح داد که سیمان پرتلند در فرآیند اختلاط فعلی خود، اجازه تشکیل سنگ آهک را نمی‌دهد. کلینکر تولید شده در کوره به پودر ریز تبدیل می‌شود و تمام سنگ‌های احتمالی را از بین می‌برد. در مقابل، وقتی رومی‌ها احتمالاً آهک زنده، خاکستر و آب را گرم می‌کردند، سنگ‌ها «به صورت ذرات کوچک در سیمان» باقی می‌ماندند.
