MIT Araştırmacıları Roma Betonunun Sağlamlık Sebebini Buldu: Kendi Kendini Yenileyen Bir Madde

Antik Romalılar mühendislik başarıları, geniş yol ağları, su kemerleri, limanları ve kalıntıları bugüne kadar sağlam olarak gelen devasa binalarıyla tanınıyorlardı. Söz konusu ünlü yapıların çoğu betondan yapılmıştır: MS 126-128 yıllarında inşa edilen Roma’daki Pantheon dünyanın en büyük donatısız beton kubbesidir ve hala değişmemiştir. Diğer birçok antik Roma yapısı da farklı iklimlerde, deprem bölgelerinde ve hatta deniz suyuyla doğrudan temasta zamanın testinden geçmiştir. Bununla birlikte, birçok modern beton yapı yalnızca birkaç on yıl içinde çöktü ve bu durum dünyanın dört bir yanından bilim insanlarının Romalıların kullandığı eski yapı malzemelerini güçlü yapan şeyi merak etmesine yol açtı.

Massachusetts Institute of Technology (MIT) liderliğindeki uluslararası bir araştırmacı grubu son derece dayanıklı Roma betonunun bileşenlerini anlamada önemli ilerlemeler kaydetti ve daha önce gözden kaçan kendi kendini iyileştirme yeteneğini keşfederek bu gizeme ışık tuttu.

Araştırmacılar uzun bir süre eski betonun dayanıklılığının tek bir bileşenden kaynaklandığını düşündü. Bu bileşen Napoli’nin Pozzuoli bölgesinden gelen puzolanik malzemeydi. MIT liderliğindeki ve Amerika Birleşik Devletleri, İtalya ve İsviçre’den araştırmacıların da dahil olduğu çalışma ekibi daha yakından bir inceleme yaptı ve bu eski örneklerin uzun süredir Roma betonunun basit bir bileşeni olduğu bilinen kireç kırıntıları adı verilen küçük beyaz parçalar içerdiğini buldu. MIT inşaat ve çevre mühendisliği profesörü Admir Masic bu konu hakkında “Antik Roma betonuyla çalışmaya başladığımdan beri, bu özellikler beni her zaman büyüledi. Bunlar modern beton formülasyonlarında bulunmuyor, öyleyse neden bu eski malzemelerde bulunuyorlar?” dedi.

Beyaz kireç topakları uzun süre dağınık karıştırma uygulamalarının ya da düşük kaliteli ham maddelerin kanıtı olarak göz ardı edilmişti. Bu yeni çalışma ise bu küçük topakların betona kendi kendini iyileştirme yeteneği kazandırdığını öne sürüyor. Masic, “Bu kireç kırıntılarının varlığının basitçe düşük kaliteli malzemeye atfedilmesi fikri beni her zaman rahatsız etmiştir. Romalılar yüzyıllar boyunca optimize edilmiş tüm ayrıntılı tarifleri izleyerek olağanüstü bir yapı malzemesi yapmak için bu kadar çok çaba sarf ettilerse, iyi karıştırılmış bir nihai ürünün üretimini sağlamak için neden bu kadar az çaba sarf etsinler? Bu hikayede daha fazlası olmalı,” diyor.

Çalışma ilerledikçe Masic, “Romalıların kireci, sönmemiş kireç olarak bilinen daha reaktif formunda doğrudan kullanmış olmaları mümkün mü?” sorusunu sordu. Kendisi ve ekibi bu eski betonun örneklerini incelediklerinde, beyaz kalıntıların çeşitli kalsiyum karbonat formlarından oluştuğunu gördü. Ekibin spektroskopik incelemesine göre, Roma betonu muhtemelen kalsiyum karbonatın puzolanik malzeme ve suyla çok yüksek sıcaklıklarda karıştırılmasıyla, sıcak karıştırma adı verilen bir işlemle yapılmış. Ekip nihayetinde betonun süper güçlü doğasının anahtarının “sıcak karıştırma” olduğu sonucuna vardı.

Çalışmaya göre, bu süreç sırasında kireç topakları, çok önemli bir kendi kendini iyileştirme işlevine sahip olabilecek kırılgan ve reaktif bir kalsiyum kaynağı oluşturan karakteristik, hassas bir nanopartikülat mimari geliştiriyor. Betonda küçük çatlaklar oluştuğunda diğer parçacıklardan daha geniş bir yüzey alanına sahip olan kalsiyum kürelerine giderler. Bu malzeme daha sonra suyla reaksiyona girerek kuruyabilen ve sertleşerek çatlağı hızla kapatabilen kalsiyum açısından zengin bir çözelti oluşturabilir. Alternatif olarak, kompoziti daha da güçlendirmek için puzolanik malzemelerle reaksiyona girebilir. Bu reaksiyonlar kendiliğinden meydana gelir ve bu nedenle çatlakları yayılmadan önce otomatik olarak iyileştirir. Masic ” Bu daha dayanıklı beton formülasyonlarının yalnızca bu malzemelerin hizmet ömrünü uzatmakla kalmayıp aynı zamanda 3D baskılı betonun dayanıklılığını da nasıl artırabileceğini düşünmek heyecan verici,” diyor.

GÖRSEL: Roma’daki Pantheon | Görüntü, Evan Qu tarafından Unsplash’ta

designboom