لقد عرفنا أخيرًا سبب صمود الخرسانة الرومانية القديمة أمام اختبار الزمن ScienceAlert

كان الرومان القدماء أساتذة في البناء والهندسة، وربما كان أشهرهم تمثيلهم بـ القنوات. تعتمد هذه الأعاجيب التي لا تزال فعالة على مادة بناء فريدة من نوعها:الخرسانةالبوزولانية، وهو مزيج متين بشكل مذهل الهياكل الرومانية قوتهم المذهلة.

وحتى اليوم، واحدة من روائعهم – البانثيون في روما، لا تزال سليمة ويبلغ عمرها حوالي 2000 عام – تحمل الرقم القياسي لأكبر قبة في العالم مصنوعة من الخرسانة غير المسلحة.

تُعزى الخصائص الرائعة بشكل عام إلى مكوناته: البوزولانا – وهو مزيج من الرماد البركاني سمي على اسم مدينة بوتسوولي الإيطالية، حيث يوجد رواسب كبيرة – و الجير. تتفاعل المادتان مع الماء لإنتاج خرسانة قوية وطويلة الأمد.

لكن اتضح أن هذه ليست القصة بأكملها. في عام 2023، وجد فريق دولي بقيادة علماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أن المواد الموجودة في الخرسانةالرومانيةلا تختلف قليلاً عما كنا نعتقد فحسب، بل كانت التقنيات المستخدمة لخلطها متميزة أيضًا.

ومنذ تلك النتائج التي تم التوصل إليها عام 2023، تم تحليل المواد الخام للوصفةالقديمةو متطلبات الطاقة لقد كشف عن طرق يمكننا من خلالها تحسين الأسمنت الحديث.

متعلق ب: المهندسون يدرسون العودة إلى وصفات الخرسانة الرومانية القديمة

شاهد الفيديو أدناه للحصول على ملخص للبحث الذي أجراه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:

كانت بنادق التدخين عبارة عن قطع صغيرة بيضاء من الجير في الخرسانة الممزوجة جيدًا. وكان وجود هذه القطع يُعزى في السابق إلى سوء الخلط أو المكونات.

بالنسبة لعالم المواد أدمير ماسيك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، لم يكن هذا منطقيًا.

“إذا بذل الرومان الكثير من الجهد في صنع مادة بناء متميزة، باتباع جميع الوصفات التفصيلية التي تم تحسينها على مدار قرون عديدة، فلماذا يبذلون القليل من الجهد لضمان إنتاج منتج نهائي مختلط جيدًا؟” قال ماسيك في يناير 2023.

“يجب أن يكون هناك المزيد لهذه القصة.”

قام ماسيك والفريق، بقيادة المهندسة المدنية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ليندا سيمور، بدراسة عينات من الخرسانة الرومانية عمرها 2000 عام من موقع بريفيرنوم الأثري في إيطاليا.

وقد تعرضت هذه العينات لمساحة كبيرة المجهر الإلكتروني الماسح, التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة من الطاقة, حيود مسحوق الأشعة السينية، ومتحد البؤر تصوير رامان لمعرفة المزيد عن كتل الجير.

كان أحد الأسئلة الرئيسية هو طبيعة الجير المستخدم. الفهم القياسي للخرسانة البوزولانية هو أنها تستخدم الجير المطفأ. أولاً، يتم تسخين الحجر الجيري عند درجات حرارة عالية لإنتاج مسحوق كاوي شديد التفاعل يسمى الجير الحيأو أكسيد الكالسيوم.

خلط الجير الحي مع الماء ينتج جيرًا مطفأًا، أو هيدروكسيد الكالسيوم: وهو معجون أقل تفاعلًا وأقل كاوية. وفقًا للنظرية، كان هذا الجير المطفأ هو الذي خلطه الرومان القدماء مع البوزولانا.

ووجد تحليل الفريق أن كتل الجير الموجودة في عيناتهم لا تتفق مع هذه الطريقة. بدلاً من ذلك، من المحتمل أن تكون الخرسانة الرومانية قد تم تصنيعها عن طريق خلط الجير الحي مباشرة مع البوزولانا والماء في درجات حرارة عالية للغاية – وهي عملية أطلق عليها الفريق اسم “الخلط الساخن” والتي تؤدي إلى كتل الجير.

“فوائد الخلط الساخن ذات شقين” قال ماسيك.

“أولاً، عندما يتم تسخين الخرسانة الإجمالية إلى درجات حرارة عالية، فإنها تسمح بإجراء كيميائيات غير ممكنة إذا استخدمت الجير المطفأ فقط، مما ينتج مركبات مرتبطة بدرجة حرارة عالية والتي لا يمكن أن تتشكل بطريقة أخرى. ثانيًا، تقلل درجة الحرارة المتزايدة هذه بشكل كبير من أوقات المعالجة والإعداد حيث يتم تسريع جميع التفاعلات، مما يسمح ببناء أسرع بكثير.”

وله فائدة أخرى: أن كتل الجير تعطي الخرسانة مظهراً رائعاً الشفاء الذاتي القدرات.

عندما تتشكل الشقوق، فإنها تنتقل بشكل تفضيلي إلى الكتل الجيرية، التي لها مساحة سطحية أكبر من الجزيئات الأخرى في المصفوفة. وإذا دخل الماء في شق فإنه يتفاعل مع الجير ليشكل محلولاً غنياً بالكالسيوم الذي يجفف ويتصلب كربونات الكالسيوم، لصق الشقوق معًا مرة أخرى ومنعها من الانتشار.

متعلق ب: اكتشاف أطلال يُعتقد أنها معبد روماني “عبادة” أسفل ساحة انتظار السيارات

هذا وقد لوحظ في الخرسانة من موقع آخر عمره 2000 سنة، قبر سيسيليا ميتيلاحيث تم ملء الشقوق الكالسيت. ويمكن أن يفسر أيضًا سبب بقاء الخرسانة الرومانية من الأسوار البحرية التي تم بناؤها قبل 2000 عام سليمة لآلاف السنين على الرغم من الضربات المستمرة للمحيطات.

أجرى الفريق اختبارات التشقق على الخرسانة البوزولانية – التي تم إنشاؤها باستخدام وصفات الجير الحي القديمة والحديثة – وعلى خرسانة تحكم بدون الجير الحي. من المؤكد أن الخرسانة الجيرية المتشققة قد شفيت في غضون أسبوعين، لكن خرسانة التحكم ظلت متشققة.

ويعمل الباحثون على تسويق الخرسانة الخاصة بهم كبديل أكثر صداقة للبيئة من الخلطات الحالية.

“من المثير التفكير في كيف يمكن لهذه التركيبات الخرسانية الأكثر متانة أن تزيد ليس فقط من عمر خدمة هذه المواد، ولكن أيضًا كيف يمكنها تحسين متانة التركيبات الخرسانية المطبوعة ثلاثية الأبعاد”. قال ماسيك.

في الآونة الأخيرة، في دراسة 2025قام المهندسون بمقارنة متطلبات المواد الخام والطاقة للخرسانة ذات الطراز الروماني بتلك الخاصة بالخرسانة الحديثة الاسمنت البورتلاندي. ووجدوا أنه على الرغم من أن الخلطات ذات الطراز الروماني تتطلب المزيد من المياه ومدخلات الطاقة الأولية، إلا أن عمرها الأطول يمكن أن يجعلها أكثر استدامة بمرور الوقت.

وقد تم نشر البحث فيتقدم العلوم.

نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في يناير 2023.