Οι αρχαίοι Ρωμαίοι ήταν πρωτομάστορες και μηχανικοί, που ίσως αντιπροσωπεύονταν πιο διάσημα από τα ακόμη λειτουργικά υδραγωγεία.
Και αυτά τα αρχιτεκτονικά θαύματα βασίζονται σε ένα μοναδικό υλικό κατασκευής: το ποζολανικό σκυρόδεμα, ένα θεαματικά ανθεκτικό υλικό που έδωσε στις ρωμαϊκές κατασκευές την απίστευτη δύναμή τους.
Ακόμη και σήμερα, μια από τις κατασκευές τους – το Πάνθεον, ακόμα άθικτο και σχεδόν 2.000 ετών – κατέχει το ρεκόρ για τον μεγαλύτερο θόλο στον κόσμο από μη οπλισμένο σκυρόδεμα.
Οι ιδιότητες αυτού του σκυροδέματος έχουν αποδοθεί γενικά στα συστατικά του: ποζολάνα, ένα μείγμα ηφαιστειακής τέφρας – που πήρε το όνομά του από την ιταλική πόλη Pozzuoli, όπου βρίσκεται ένα σημαντικό απόθεμά του – και ασβέστη. Όταν αναμιγνύονται με νερό, τα δύο υλικά μπορούν να αντιδράσουν για να παράγουν ισχυρό σκυρόδεμα.
Αλλά αυτό, όπως αποδεικνύεται, δεν είναι όλη η ιστορία. Μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) διαπίστωσε ότι όχι μόνο τα υλικά είναι ελαφρώς διαφορετικά από ό,τι πιστεύαμε, αλλά και οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάμειξή τους ήταν επίσης διαφορετικές.
Συμφωνα με τις έρυενες έχουν βρεθεί λευκά κομμάτια ασβέστη στο υλικό που φαίνεται να είναι κατά τα άλλα καλά αναμεμειγμένο σκυρόδεμα. Η παρουσία αυτών των κομματιών είχε προηγουμένως αποδοθεί σε κακή ανάμειξη ή σε κακά υλικά, αλλά αυτό δεν είχε νόημα στον επιστήμονα υλικών Admir Masic του MIT.
«Η ιδέα ότι η παρουσία αυτών των κλαστών ασβέστη απλώς αποδιδόταν σε έλεγχο χαμηλής ποιότητας πάντα με ενοχλούσε», είπε ο Masic σε δήλωση του Ιανουαρίου 2023.
«Εάν οι Ρωμαίοι κατέβαλαν τόση προσπάθεια για να φτιάξουν ένα εξαιρετικό υλικό κατασκευής, ακολουθώντας όλες τις λεπτομερείς συνταγές που είχαν βελτιστοποιηθεί κατά τη διάρκεια πολλών αιώνων, γιατί να καταβάλουν τόσο λίγη προσπάθεια για να εξασφαλίσουν την παραγωγή ενός καλά αναμεμειγμένου τελικού προϊόντος; Πρέπει να υπάρχουν περισσότερα σε αυτή την ιστορία.»
Ο Masic και η ομάδα, με επικεφαλής την πολιτική μηχανικό του MIT Linda Seymour, μελέτησαν προσεκτικά δείγματα ρωμαϊκού σκυροδέματος 2.000 ετών από τον αρχαιολογικό χώρο Privernum στην Ιταλία για να αποκτήσουν καλύτερη κατανόηση των κλάσεων ασβέστη.
Ένα από τα ερωτήματα στο μυαλό ήταν η φύση του ασβέστη που χρησιμοποιήθηκε πριν όλα αυτά τα χρόνια.
Η τυπική κατανόηση του ποζολανικού σκυροδέματος είναι ότι χρησιμοποιεί σβησμένο ασβέστη. Πρώτον, ο ασβεστόλιθος θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες για να παραχθεί μια καυστική σκόνη υψηλής αντίδρασης που ονομάζεται άσβεστος ή οξείδιο του ασβεστίου.
Η ανάμειξη ασβέστη με νερό παράγει σβησμένο ασβέστη ή υδροξείδιο του ασβεστίου: μια ελαφρώς λιγότερο δραστική, λιγότερο καυστική πάστα. Σύμφωνα με τη θεωρία, ήταν αυτός ο σβησμένος ασβέστης που οι αρχαίοι Ρωμαίοι ανακάτευαν με την ποζολάνα.
Με βάση την ανάλυση της ομάδας, οι κλάσεις ασβέστη στα δείγματά τους δεν συνάδουν με αυτή τη μέθοδο.
Μάλλον, το ρωμαϊκό σκυρόδεμα φτιάχτηκε πιθανότατα με ανάμειξη του άσβεστου απευθείας με την ποζολάνα και το νερό σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, από μόνο του ή επιπλέον του σβησμένου ασβέστη, μια διαδικασία που η ομάδα αποκαλεί «καυτή ανάμειξη» που έχει ως αποτέλεσμα τις κλάσεις ασβέστη.
«Τα οφέλη της ζεστής ανάμειξης είναι διπλά», είπε ο Masic:
Πρώτον, όταν το συνολικό σκυρόδεμα θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, επιτρέπει χημικές ουσίες που δεν είναι δυνατές εάν χρησιμοποιούσατε μόνο σβησμένο ασβέστη, παράγοντας ενώσεις που σχετίζονται με υψηλή θερμοκρασία που διαφορετικά δεν θα σχηματίζονταν.
Και έχει ένα άλλο πλεονέκτημα: Οι λάσπες ασβέστη δίνουν στο σκυρόδεμα αξιοσημείωτες αυτοθεραπευτικές ικανότητες.
Όταν σχηματίζονται ρωγμές στο σκυρόδεμα, ταξιδεύουν κατά προτίμηση στις ασβεστοκλάστες, οι οποίες έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια από άλλα σωματίδια στη μήτρα. Όταν το νερό εισχωρεί στη ρωγμή, αντιδρά με τον ασβέστη για να σχηματίσει ένα διάλυμα πλούσιο σε ασβέστιο που στεγνώνει και σκληραίνει ως ανθρακικό ασβέστιο, κολλώντας τη ρωγμή ξανά μεταξύ τους και εμποδίζοντάς την να εξαπλωθεί περαιτέρω.
Αυτό έχει παρατηρηθεί σε σκυρόδεμα από μια άλλη τοποθεσία 2.000 ετών, τον τάφο της Caecilia Metella, όπου οι ρωγμές στο σκυρόδεμα έχουν γεμίσει με ασβεστίτη. Θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει γιατί το ρωμαϊκό σκυρόδεμα από θαλάσσια τοιχώματα που κατασκευάστηκαν πριν από 2.000 χρόνια έχει επιβιώσει άθικτο για χιλιετίες, παρά το συνεχές χτύπημα του ωκεανού.
Έτσι, η ομάδα δοκίμασε τα ευρήματά της φτιάχνοντας ποζολανικό σκυρόδεμα από αρχαίες και σύγχρονες συνταγές χρησιμοποιώντας ασβέστη. Έφτιαξαν επίσης ένα σκυρόδεμα ελέγχου χωρίς άσβεστο και έκαναν δοκιμές ρωγμών.
Σίγουρα, το ραγισμένο σκυρόδεμα ασβέστη επουλώθηκε πλήρως μέσα σε δύο εβδομάδες, αλλά το σκυρόδεμα ελέγχου παρέμεινε ραγισμένο.
Η ομάδα εργάζεται τώρα για την εμπορευματοποίηση του σκυροδέματος της ως μια πιο φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση στα τρέχοντα σκυρόδεμα.
«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», είπε ο Masic.
Πηγή: Science Direct
Οι αρχαίοι Ρωμαίοι ήταν πρωτομάστορες και μηχανικοί, που ίσως αντιπροσωπεύονταν πιο διάσημα από τα ακόμη λειτουργικά υδραγωγεία.
Και αυτά τα αρχιτεκτονικά θαύματα βασίζονται σε ένα μοναδικό υλικό κατασκευής: το ποζολανικό σκυρόδεμα, ένα θεαματικά ανθεκτικό υλικό που έδωσε στις ρωμαϊκές κατασκευές την απίστευτη δύναμή τους.
Ακόμη και σήμερα, μια από τις κατασκευές τους – το Πάνθεον, ακόμα άθικτο και σχεδόν 2.000 ετών – κατέχει το ρεκόρ για τον μεγαλύτερο θόλο στον κόσμο από μη οπλισμένο σκυρόδεμα.
Οι ιδιότητες αυτού του σκυροδέματος έχουν αποδοθεί γενικά στα συστατικά του: ποζολάνα, ένα μείγμα ηφαιστειακής τέφρας – που πήρε το όνομά του από την ιταλική πόλη Pozzuoli, όπου βρίσκεται ένα σημαντικό απόθεμά του – και ασβέστη. Όταν αναμιγνύονται με νερό, τα δύο υλικά μπορούν να αντιδράσουν για να παράγουν ισχυρό σκυρόδεμα.
Αλλά αυτό, όπως αποδεικνύεται, δεν είναι όλη η ιστορία. Μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) διαπίστωσε ότι όχι μόνο τα υλικά είναι ελαφρώς διαφορετικά από ό,τι πιστεύαμε, αλλά και οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάμειξή τους ήταν επίσης διαφορετικές.
Συμφωνα με τις έρυενες έχουν βρεθεί λευκά κομμάτια ασβέστη στο υλικό που φαίνεται να είναι κατά τα άλλα καλά αναμεμειγμένο σκυρόδεμα. Η παρουσία αυτών των κομματιών είχε προηγουμένως αποδοθεί σε κακή ανάμειξη ή σε κακά υλικά, αλλά αυτό δεν είχε νόημα στον επιστήμονα υλικών Admir Masic του MIT.
«Η ιδέα ότι η παρουσία αυτών των κλαστών ασβέστη απλώς αποδιδόταν σε έλεγχο χαμηλής ποιότητας πάντα με ενοχλούσε», είπε ο Masic σε δήλωση του Ιανουαρίου 2023.
«Εάν οι Ρωμαίοι κατέβαλαν τόση προσπάθεια για να φτιάξουν ένα εξαιρετικό υλικό κατασκευής, ακολουθώντας όλες τις λεπτομερείς συνταγές που είχαν βελτιστοποιηθεί κατά τη διάρκεια πολλών αιώνων, γιατί να καταβάλουν τόσο λίγη προσπάθεια για να εξασφαλίσουν την παραγωγή ενός καλά αναμεμειγμένου τελικού προϊόντος; Πρέπει να υπάρχουν περισσότερα σε αυτή την ιστορία.»
