بتن رومی و راز خودترمیمی دو هزار ساله؛ کشف فرمول نامیرایی سازه‌های باستان

راز استحکام خارق‌العاده و دوام چندهزارساله بتن رومی پس از قرن‌ها ابهام با بررسی‌های آزمایشگاهی محققان ام‌آی‌تی آشکار شد؛ ویژگی منحصربه‌فردی که به سازه‌ها قابلیت خودترمیمی شگفت‌انگیزی می‌بخشد.

فرمولاسیون هوشمندانه و فرآیند اختلاط داغ در بتن رومی

بناهای نمادین روم باستان نظیر پانتئون و کولوسئوم پس از گذشت بیست قرن همچنان پابرجا ایستاده‌اند، در حالی که سازه‌های بتنی نوین تنها پس از چند دهه دچار فرسایش شدید می‌شوند. بررسی‌های میکروسکوپی دقیق نشان می‌دهد ذرات سفید کلسیمی موسوم به کلاست‌های آهکی، برخلاف فرضیات پیشین، نشانه‌ای از نقص یا اختلاط ناقص نبوده‌اند.

مهندسان باستان برای فرآوری ملات، آهک زنده را بدون هیدراتاسیون قبلی به‌صورت مستقیم با آب و خاکستر آتشفشانی ترکیب می‌کردند. این شیوه که به «اختلاط داغ» شهرت دارد، دمای ملات را تا مرز ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌داد و موجب باقی ماندن کپسول‌های واکنشی کلسیم در ساختار نهایی می‌شد.

سازوکار خودترمیمی خودکار با نفوذ آب و رطوبت

هنگامی که فشارهای محیطی یا زمین‌لرزه‌ها موجب پیدایش ترک‌های ریز در سازه می‌شوند، این شکاف‌ها از میان ضعیف‌ترین نقاط یعنی کلاست‌های آهکی عبور می‌کنند. ورود آب باران سبب فعال‌سازی مجدد ترکیبات کلسیمی دست‌نخورده در دل سنگ می‌گردد.

«نفوذ مایعات به درون شکاف‌ها، واکنش با ترکیبات آهکی را رقم می‌زند و بلورهای کربنات کلسیم حاصل از این واکنش، مسیر ترک را ظرف چند روز کاملاً مسدود می‌کنند.»

محققان با بازسازی تجربی نمونه‌های مشابه بتن رومی مشاهده کردند که ترک‌های ایجادشده پس از قرارگیری در معرض آب جاری، طی مدت دو هفته به شکلی کاملاً خودکار مسدود و نفوذناپذیر شدند.

الهام از معماری باستان برای کاهش آلایندگی صنعت مدرن

صنعت سیمان کنونی مسئول تولید نزدیک به ۸ درصد از گازهای گلخانه‌ای جهان است و بخش بزرگی از این مصرف به نوسازی و ترمیم بناهای فرسوده اختصاص دارد. بهره‌گیری از مهندسی مصالح باستان می‌تواند مسیر جدیدی پیش پای توسعه پایدار بگذارد:

• افزایش چشمگیر طول عمر پل‌ها، سدها و زیرساخت‌های کلیدی
• کاهش نیاز به تولید مداوم سیمان و کاهش ردپای کربنی پروژه‌ها
• توسعه نسل نوین بتن‌های مقاوم در برابر تخریب محیطی و آب شور

تلفیق دانش باستانی بتن رومی با فناوری پیشرفته امروزی، چشم‌انداز ساخت ابنیه‌ای ماندگارتر و هماهنگ‌تر با محیط زیست را پیش روی مهندسی سازه قرار داده است.