العلماء يكتشفون أخيرًا كيف كانت الخرسانة الرومانية القديمة شديدة التحملواشنطن-سبأ: اكتشف علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أخيرا من خلال دراسة كيف أن الرومان القدماء كانوا أساتذة في البناء والهندسة ، وربما كان أشهرهم تمثيلًا للقنوات المائية. وتعتمد تلك الأعاجيب التي لا تزال تعمل على مادة بناء فريدة: الخرسانة البوزولانية ، وهي خرسانة متينة بشكل مذهل أعطت الهياكل الرومانية قوتها المذهلة. وحتى اليوم ، أحد هياكلهم - البانثيون ، الذي لا يزال سليماً ويبلغ عمره ما يقرب من 2000 عام - يحمل الرقم القياسي لأكبر قبة في العالم من الخرسانة غير المسلحة. وتُعزى خصائص هذه الخرسانة عمومًا إلى مكوناتها: البوزولانا ، وهو مزيج من الرماد البركاني - سمي على اسم مدينة بوزولي الإيطالية ، حيث يمكن العثور على رواسب كبيرة منه - والجير . عند مزجهما بالماء ، يمكن أن تتفاعل المادتان لإنتاج الخرسانة القوية. ولكن هذه ، كما اتضح ، ليست القصة كاملة. وجد فريق دولي من الباحثين بقيادة معهد (MIT) أن المواد ليست فقط مختلفة قليلاً عما قد نعتقد ، ولكن التقنيات المستخدمة لخلطها كانت مختلفة أيضًا. وكانت مسدسات الدخان عبارة عن قطع صغيرة بيضاء من الجير يمكن العثور عليها فيما يبدو أنه خرسانة مخلوطة جيدًا. كان وجود هذه القطع يُعزى سابقًا إلى سوء الخلط أو المواد ، لكن ذلك لم يكن منطقيًا لعالم المواد Admir Masic من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويقول ماسيك: "فكرة أن وجود هذه الكلسات الجيرية كان يُعزى ببساطة إلى تدني مراقبة الجودة كانت تزعجني دائمًا" ...وإذا 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 جيد الخلط ؟ يجب أن يكون هناك المزيد من الجهود لهذه القصة." ودرس ماسك والفريق ، بقيادة المهندسة المدنية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ليندا سيمور ، بعناية عينات عمرها 2000 عام من الخرسانة الرومانية من موقع Privernum الأثري في إيطاليا. خضعت هذه العينات إلى الفحص المجهري الإلكتروني للمسح على مساحة كبيرة والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة ، وانحراف الأشعة السينية بالمسحوق ، وتصوير رامان متحد البؤر للحصول على فهم أفضل للكتل الجيرية. وكان أحد الأسئلة في الاعتبار هو طبيعة الجير المستخدم. الفهم القياسي للخرسانة البوزولانية هو أنها تستخدم الجير المطفأ . أولاً ، يتم تسخين الحجر الجيري في درجات حرارة عالية لإنتاج مسحوق كاوي شديد التفاعل يسمى الجير الحي ، أو أكسيد الكالسيوم. وينتج عن خلط الجير الحي بالماء الجير المطفأ ، أو هيدروكسيد الكالسيوم: معجون أقل تفاعلًا وأقل كاوية. وفقًا للنظرية ، كان هذا الجير المطفأ هو الذي خلطه الرومان القدماء مع البوزولانا. وبناءً على تحليل الفريق ، فإن الكسور الجيرية في عيناتهم لا تتوافق مع هذه الطريقة. بدلاً من ذلك ، ربما تم صنع الخرسانة الرومانية عن طريق خلط الجير الحي مباشرةً مع البوزولانا والماء في درجات حرارة عالية جدًا ، بمفرده أو بالإضافة إلى الجير المطفأ ، وهي عملية يسميها الفريق "الخلط الساخن" التي تؤدي إلى تكوّن الكلس. ويقول ماسك: "إن فوائد الخلط الساخن ذات شقين" ...وأولاً ، عندما يتم تسخين الخرسانة الكلية إلى درجات حرارة عالية ، فإنها تسمح بالكيمياء غير الممكنة إذا استخدمت الجير المطفأ فقط ، مما ينتج عنه مركبات مرتبطة بدرجة حرارة عالية لن تتشكل بخلاف ذلك. ثانيًا ، تقلل درجة الحرارة المتزايدة هذه المعالجة والإعداد بشكل كبير مرات حيث يتم تسريع جميع التفاعلات ، مما يسمح ببناء أسرع بكثير. " وله فائدة أخرى: أن الكلس يعطي قدرة ملحوظة على الشفاء الذاتي. وعندما تتشكل الشقوق في الخرسانة ، فإنها تنتقل بشكل مفضل إلى الكتل الجيرية ، والتي لها مساحة سطح أعلى من الجسيمات الأخرى في المصفوفة. عندما يدخل الماء في الكراك ، فإنه يتفاعل مع الجير ليشكل محلولًا غنيًا بالكالسيوم الذي يجف ويتصلب ككربونات الكالسيوم ، ويلصق الشقوق معًا ويمنعها من الانتشار أكثر. وقد لوحظ هذا في الخرسانة من موقع آخر عمره 2000 عام ، قبر كايسيليا ميتيلا ، حيث تمت تعبئة الشقوق في الخرسانة بالكالسيت. يمكن أن يفسر أيضًا سبب بقاء الخرسانة الرومانية من الجدران البحرية التي تم بناؤها منذ 2000 عام سليمة لآلاف السنين على الرغم من الضرب المستمر للمحيط. ولذلك ، اختبر الفريق النتائج التي توصلوا إليها من خلال صنع الخرسانة البوزولانية من الوصفات القديمة والحديثة باستخدام الجير الحي. كما أنهم صنعوا خرسانة تحكم بدون الجير الحي وأجروا اختبارات الكراك. من المؤكد أن الخرسانة الجيرية المتشققة قد شُفيت تمامًا في غضون أسبوعين ، لكن الخرسانة بقيت متصدعة. ويعمل الفريق الآن على تسويق الخرسانة الخاصة بهم كبديل أكثر صداقة للبيئة للخرسانة الحالية. ويقول ماسيك: "من المثير التفكير في كيف يمكن لهذه التركيبات الخرسانية الأكثر ديمومة أن تزيد ليس فقط من عمر خدمة هذه المواد ، ولكن أيضًا كيف يمكنها تحسين متانة تركيبات الخرسانة المطبوعة ثلاثية الأبعاد" . نُشرت الدراسة في مجلة Science Advances . 
|
|
