دراسة جديدة تكشف لماذا تزداد قوة الخرسانة الرومانية القديمة: ScienceAlert

سهم الزمن يطير في اتجاه واحد، ومعه يأتي الاضمحلال.

نحن نبني هياكلنا لتدوم لأطول فترة ممكنة، ولكن حتى أصعب المواد تتشقق وتضعف وتنهار في النهاية.

الخرسانة الرومانية القديمة فعلت الأشياء أ بشكل مختلف قليلا.

لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن الخرسانة التي تم بناؤها خلال الإمبراطورية الرومانية تبدو أقوى بمرور الوقت.

اقترحت الأبحاث السابقة ترجع هذه المتانة غير العادية إلى حد كبير إلى التفاعل بين الرماد البركاني، المسمى البوزولان، والجير الحي، والذي أنتج معادن مرنة بشكل استثنائي داخل الخرسانة.

الآن، اكتشف العلماء أن هناك جزءًا آخر من القصة: التفاعلات البطيئة والثابتة لثاني أكسيد الكربون من الهواء.

“على الرغم من أن التفاعل البوزولاني له أهمية أساسية،” يقول المهندس باولو مونتيرو من جامعة كاليفورنيا في بيركلي، “تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن الكربنة على مدى فترة طويلة من الزمن تعزز أيضًا متانة الخرسانة ويمكن أن تساعد في سد الشقوق مع تقدم العمر.”

اكتشاف الفريق بالتفصيل في تقدم العلوميمنحنا تقديرًا جديدًا حتى للهياكل الرومانية الأكثر دنيوية والتي كانت مع ذلك مشبعة بالبراعة الهندسية.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

من الأشياء العجيبة عنه الهندسة الرومانية هو عدد المباني التي لا تزال في حالة ممتازة حيث سقطت العديد من المباني المعاصرة تحت الأنقاض.

ويعد البانثيون في روما المثال الأكثر شهرة – وهو معبد عمره 2000 عام تعلوه قبة هائلة من الخرسانة غير المسلحة، وهو أكبر هيكل من نوعه في العالم.

ولكن لاكتشاف أسرار الخرسانة الرومانية، لجأ مونتيرو ومساعده شياو هونغ تشو من جامعة بكين للتكنولوجيا وزملاؤهم إلى مصدر غير متوقع وأقل بريقًا بكثير.

في القرن الثاني الميلادي، كان للإمبراطور هادريان فيلا في تيفولي بإيطاليا، ولا يزال معظمها قائمًا.

ومن هناك، استخرج الباحثون قطعة صغيرة من الخرسانة من مرحاض مشترك كان يدعم ذات يوم قيعان الإمبراطورية.

وباستخدام مجموعة من تقنيات التصوير عالية الدقة، قام الباحثون بفحص العينة وصولاً إلى مقياس النانو.

وكما هو متوقع، وجدوا دليلاً على التفاعل البوزولاني، حيث يتفاعل الرماد البركاني والجير لتكوين معادن متينة بشكل استثنائي داخل الخرسانة.

لكنهم وجدوا شيئًا آخر أيضًا.

على مر القرون، تفاعل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي مع بقايا الجير في الخرسانة لإنتاجه الكالسيت – نفس المعدن الذي يمكن العثور عليه في الحجر الجيري.

ووجد الباحثون أن هذا لم يكن مجرد نتيجة ثانوية لعملية الشيخوخة.

يبدو أن الكالسيت جعل الخرسانة أقوى. لقد تبلور داخل المسام والشقوق الصغيرة، مما يجعل الخرسانة أكثر كثافة ويسد نقاط الضعف التي كانت ستنتشر مع مرور الوقت.

حددت الدراسات السابقة وجود الكالسيت في الخرسانة الرومانية، لكنها لم تدرسه في ثلاثة أبعاد أو ترسم خريطة لبنيته.

يقول الباحثون إن العمل يشير إلى أن الكالسيت ربما لعب دورًا مهملاً في طول عمر الخرسانة الرومانية المذهل، ولم يحل محل المساهمة المعروفة من التفاعل البوزولاني، بل عمل جنبًا إلى جنب معه.

كان العلماء يعملون بالفعل على إعادة إنتاج الخرسانة الرومانية.

تحدث الكربنة بشكل طبيعي في الخرسانة القائمة على الجير سواء كنت تعرف وجودها أم لا، ولكن فهم الدور الذي تلعبه يمكن أن يمنح الباحثين أداة أخرى أثناء محاولتهم هندسة خرسانة تدوم لفترة أطول مع إنتاج كميات أقل من الكربون.

“إن فهم كيفية ربط ديناميكيات تبلور كربونات الكالسيوم بالخرسانة معًا والمساهمة في متانتها على المدى الطويل يمكن أن يوفر رؤى جديدة للتطور المعدني على المدى الطويل والكربنة الطبيعية للمواد الرابطة القائمة على الجير.” يقول مونتيرو.

تقدم لنا الهياكل الرومانية القديمة، من البانثيون الكبير إلى مرحاض هادريان المتواضع، أمثلة مذهلة للخرسانة التي ظلت سليمة من الناحية الهيكلية لآلاف السنين.

وهذا لا يعني أننا نستطيع ببساطة أن نبني كما فعل الرومان.

تفرض المباني الحديثة متطلبات أكبر بكثير على موادها، وتواجه الخرسانة المسلحة تحديًا لم يكن على المهندسين الرومان مواجهته أبدًا: تآكل حديد التسليح المدمج بداخلها.

ما يمكن أن تفعله النتائج الجديدة هو مساعدة الباحثين أثناء محاولتهم تصميم خرسانة طويلة الأمد وأكثر استدامة للمستقبل.

متعلق ب: حطام العصر الروماني يكشف كيف تم بناء السفن لتستمر منذ 2000 عام

“توضح هذه الدراسة كيف يمكن أن يؤدي استكشاف التقنيات الهندسية القديمة إلى اكتشافات مهمة.” يقول مونتيرو.

“نأمل أنه من خلال كشف الأسرار الرومانية لتعزيز متانة الخرسانة، يمكننا في يوم من الأيام تحقيق تطوير مستدام للبنية التحتية الحديثة.”

وقد تم نشر البحث في تقدم العلوم.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة راشيل غارنر وتم تحريره بواسطة كلير واتسون. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.