פודקאסטים בהיסטוריה

האם הרומאים השתמשו בחומרים אחרים לחיזוק הבטון שלהם?

האם הרומאים השתמשו בחומרים אחרים לחיזוק הבטון שלהם?

קראתי על בטון רומאי (300BC-300AD) וכיצד יש לו חוזק רב יותר מתערובות הבטון הנוכחיות. עד כה, המחקר שלי הוכיח כי הם לא השתמשו בסורק מחדש במבנים שלהם. אך האם הרומאים השתמשו במשהו חיצוני (כמו סיבים, עץ וכו ') כדי לשפר את חוזק מתיחת הבטון שלהם?

לעיון זה היה המקור שקראתי:

מכניקת הבטון הרומי הקיסרי והעיצוב המבני של אנדרטאות קמורות


קידוח לתוך סודות הבטון הרומי

הריסות הפורום הרומי. אשראי: THINK Global School/flickr/CC BY-NC-ND 2.0

לפני למעלה מאלפיים שנה בנו הרומאים הקדמונים מזונים, שוברי גלים ומבנים אחרים מבטון - וחלק מהמבנים הללו עדיין קיימים כיום. כעת, מנסים החוקרים להבין את התהליכים הכימיים והגיאולוגיים הפועלים יחד כדי לתת לאותו בטון עתיק עמידות כזו. באמצעות מיקרוסקופיה, עקיפת רנטגן וטכניקות ספקטרוסקופיות, הם פיתחו מפה של המיקרו-מבנים הגבישיים בתוך הבטון. על פי מחקריהם, עירוי איטי של מי ים לבטון העשוי מסוג אפר וולקני הנמצא בסמוך לרומא יוצר בהדרגה גבישים של חומר שנקרא טוברמוריט אלומיניום, שלמעשה מחזק את הבטון כשהוא מזדקן.

מארי ג'קסון, פרופסור למחקר בגיאולוגיה וגיאופיזיקה ואחת ממחברי הדו"ח על העבודה, אומרת כי הבנת הבטון הרומי יכולה לתת למדעני החומרים המודרניים רעיונות כיצד לחזק מבנים מודרניים, ואף יכולה להוביל לחומרים חדשים, כגון בטון. לספוג וללכוד פסולת גרעינית.


מהו המלט החלק ביותר? בטון מחוזק סיבים QUIKRETE®, בשל חוזקו הגבוה וגימור המשטח החלק, הוא הבחירה הטובה ביותר לפרויקטים היצוקים הבאים. בנוסף QUIKRETE® Sand Mix ו- QUIKWALL ™ משטח מליטה משטח גמישים מספיק לשימוש במגוון פרויקטים יצוקים.

לפרויקטים חדשים של בניית בטון, שכבות בטון ותיקוני בטון. השתמש לבניית רגליים, מדרכות, לוחות, מדרגות ופטיו, הצבת עמודים לסיפון, עמודי גדר או מוטות.


אפשרויות עתידיות

ג'קסון חיפש רשומות רומיות עתיקות אחר הנוסחה לבטון זה ללא הצלחה. הנוסחה המדויקת נשארת לא ידועה. עם זאת, צוות Jackson & rsquos מתנסה בשילובים שונים של מי ים ואפר געשי כדי ליצור בטון מודרני בעל תכונות ייחודיות אלה. יתכן גם שאפר זבוב ומדשה תוצר לוואי בעייתי של שריפת פחם ומדאש יכול להוות תחליף ראוי למרכיב האפר הגעשי, מה שיהווה יתרון סביבתי עצום.

מקבילה מודרנית לבטון רומאי תהיה אידיאלית למבנים של קירות הים וליישומים ימיים אחרים, כמו גם לאטוף פסולת ברמה גבוהה במחסומים דמויי מלט המגינים על הסביבה הסובבת. שימוש נרחב בבטון זה יצמצם גם את תעשיית הבנייה והתלות במלט פורטלנד, שייצורו דורש תנורים בטמפרטורה גבוהה הפולטים כמויות משמעותיות של פחמן דו חמצני.

עם זאת, הוסיף ג'קסון, לפני שניתן להתקבל באופן נרחב מתכוני הבטון הרומיים על ידי התעשייה, יש לבנות מבני בדיקה ולהעריך אותם לטווח ארוך כדי לראות כיצד הם מבצעים בהשוואה למבנים דומים שנבנו מלט פורטלנד מחוזק פלדה.

אני חושב שאנשים לא באמת יודעים איך לחשוב על חומר שאין לו חיזוק פלדה, אמר ג'קסון. מארק קרופורד הוא סופר עצמאי.


כדי לשפר את הבטון של היום, עשה כפי שעשו הרומאים

במאמץ להפוך את הבטון לעמיד ובר קיימא יותר, צוות בינלאומי של גיאולוגים ומהנדסים מצא השראה ברומאים הקדמונים, שמבני הבטון המסיביים שלהם עמדו ביסודות במשך יותר מ -2,000 שנה.

דוגמא לבטון ימי רומאי עתיק ממפרץ פוז'ולי ליד נאפולי, איטליה. קוטרו 9 סנטימטרים והוא מורכב מרגמה המורכבת מגיר, אפר וולקני ונתחי טוף וולקני. (צילום קרול האגן)

באמצעות מקור האור המתקדם במעבדה הלאומית לורנס ברקלי (מעבדת ברקלי), צוות מחקר מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, בדק את מבנה הקנה המידה של הבטון הרומי. הוא תיאר לראשונה כיצד התרכובת היציבה בצורה יוצאת דופן & סידן-אלומיניום-סיליקט-הידרט (C-A-S-H) – קושרת את החומר המשמש לבניית כמה מהמבנים המתמשכים ביותר בתרבות המערבית.

הגילוי עשוי לסייע בשיפור עמידותו של בטון מודרני, אשר תוך 50 שנה לעתים קרובות מראה סימני התדרדרות, במיוחד בסביבות האוקיינוס.

ייצור הבטון הרומי מותיר גם טביעת רגל פחמנית קטנה יותר מאשר מקבילה המודרני. התהליך ליצירת מלט פורטלנד, מרכיב מרכזי בבטון מודרני, דורש דלקים מאובנים לשריפת סידן פחמתי (אבן גיר) וחרסית בכ -1,450 מעלות צלזיוס (2,642 מעלות פרנהייט). שבעה אחוזים מפליטת הפחמן הדו -חמצני העולמי מדי שנה מגיעים מפעילות זו. ייצור הסיד לבטון רומאי, לעומת זאת, נקי בהרבה, ודורש טמפרטורות שהן שני שלישים מהנדרש לייצור מלט פורטלנד.

ממצאי החוקרים מתוארים בשני מאמרים, אחד שפורסם באינטרנט ב- 28 במאי ב כתב העת של החברה האמריקאית לקרמיקה, והאחר המתוכנן להופיע בגיליון אוקטובר של כתב העת מינרלוגיסט אמריקאי.

הבטון הרומני נשאר קוהרנטי ומאוחד היטב במשך 2,000 שנים בסביבות ימיות אגרסיביות, ” אמרה מארי ג'קסון, הכותבת הראשית של שני המאמרים. זהו אחד מחומרי הבנייה העמידים ביותר על פני כדור הארץ, וזה לא היה במקרה. הספנות היוו את גלגל ההצלה של היציבות הפוליטית, הכלכלית והצבאית עבור האימפריה הרומית, ולכן בניית נמלים שיחזיקו מעמד הייתה קריטית. ”

מארי ג'קסון מחזיקה מדגם בן 2000 שנה של בטון ימי מהמאה הראשונה לפני הספירה. אתר הנמל סנטה ליברטה בטוסקנה. (תמונה של שרה יאנג)

צוות המחקר הובל על ידי פאולו מונטיירו, פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת ברקלי ומדען סגל במעבדת ברקלי וג'קסון, מהנדס מחקר של אוניברסיטת ברקלי בהנדסה אזרחית וסביבתית. הם אפיינו דגימות של בטון רומאי שנלקח משובר גלים במפרץ פוצ'ולי, ליד נאפולי, איטליה.

בניית האימפריה

בטון היה חומר הבנייה של האימפריה הרומית ובחירת מספר 8217. הוא שימש באנדרטאות כמו הפנתיאון ברומא, כמו גם ברציפים, שוברי גלים ומבני נמל אחרים. צוות המחקר עניין במיוחד את האופן שבו הבטון התת -ימי ברומא סבל את סביבת מי המלח הבלתי נסלחת.

המתכון לבטון רומאי תואר בסביבות 30 לפני הספירה. מאת מרקוס ויטרוביוס פוליו, מהנדס של אוקטביאן, שהפך לקיסר אוגוסטוס. המרכיב הלא-סודי הוא אפר וולקני, שרומאים שילבו אותו עם גיר ליצירת מרגמה. הם ארזו את המרגמה ואת נתחי הסלע לתבניות עץ הטבולות במי ים. במקום להילחם ביסודות הימיים, הרומאים רתמו את מי המלח והפכו אותו לחלק בלתי נפרד מהבטון.

החוקרים גם תיארו מינרל הידרותרמי נדיר ביותר בשם אלומיניום טוברמוריט (אל-טוברמורייט) שנוצר בבטון. המחקר שלנו סיפק את הקביעה הניסיונית הראשונה של התכונות המכניות של המינרל, ” אמר ג'קסון.

תמונה זו של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק מציגה גבישים של מינרל נדיר, אל-טוברמורייט, שהוגדל כ -25,000 פעמים. חוקרי אוניברסיטת ברקלי איפיינו את אל-טוברמורייט בדגימות של בטון רומאי. (התמונה באדיבות UC ברקלי)

אז מדוע השימוש בבטון רומאי ירד? ככל שהאימפריה הרומית ירדה, והמשלוח ירד, הצורך בבטון מי הים פחת, ” אמר ג'קסון. אתה יכול גם לטעון שהמבנים המקוריים נבנו כל כך טוב שברגע שהם היו במקומם, לא היה צריך להחליף אותם. ”

אלטרנטיבה ידידותית לכדור הארץ

הבטון הרומי אמנם עמיד, אך מונטיירו אמר כי אין זה סביר להחליף בטון מודרני מכיוון שהוא אינו אידיאלי לבנייה שבה יש צורך בהתקשות מהירה יותר.

אך החוקרים מוצאים כעת דרכים ליישם את תגליותיהם על בטון רומאי לפיתוח בטון מודרני ידידותי יותר לכדור הארץ ועמיד. הם בודקים אם אפר וולקני יהיה תחליף טוב בכמויות גדולות במדינות ללא גישה נוחה לאפר מעופף, תוצר פסולת תעשייתי משריפת פחם המשמש בדרך כלל לייצור בטון מודרני וירוק.

אין מספיק אפר זבוב בעולם הזה להחליף מחצית ממלט הפורטלנד הנמצא בשימוש, אמר מונטיירו. למדינות רבות אין אפר זבוב, לכן הרעיון הוא למצוא חומרים מקומיים חלופיים שיעבדו, כולל סוג האפר הגעשי בו השתמשו הרומאים. שימוש בחלופות אלה עשוי להחליף 40 אחוז מהביקוש בעולם למלט פורטלנד. ”

המחקר החל במימון ראשוני מאוניברסיטת המלך והעולם הטכנולוגי של המלך עבדאללה בסעודיה (KAUST), שהשיקה שותפות מחקר עם UC ברקלי בשנת 2008. מונטיירו ציין כי בסעודיה יש#8220 הר של אפר וולקני שיכול להיות משמש בבטון.

בנוסף ל- KAUST, מימון של קרן הספרייה הקלאסית של לואב, אוניברסיטת הרווארד ומחלקת האנרגיה ומשרד החוג למדעי האנרגיה סייעו לתמוך במחקר זה. דוגמאות נמסרו על ידי מארי ג'קסון ומחקר הבטון הימי הרומי (ROMACONS), בחסות CTG Italcementi, מרכז מחקר שבסיסה בברגמו, איטליה. החוקרים השתמשו גם בחברת טבעות לאחסון אלקטרונים בברלין לקרינת סינכרוטרון, או BESSY, לצורך הניתוחים שלהם.


מדענים הבינו כיצד הבטון של רומא העתיקה שרד 2,000 שנה

חוקרים מדענים פתרו את תעלומת העמידות של הבטון ברומא העתיקה ובתוך כך אולי למדו משהו שיכול להשפיע על הבנייה המודרנית.

המחקר, שפורסם השבוע בכתב העת American Mineralogist, מפרט כיצד קירות הים הרומיים העתיקים שנבנו לפני כ -2,000 שנה הצליחו לעמוד מול היסודות עקב תגובה כימית נדירה שלכאורה חיזקה את הבטון לאורך זמן.

תערובות מלט מודרניות נוטות להישחק, במיוחד בנוכחות מי ים, אך המתכון הרומי של אפר וולקני, סיד, מי ים ומינרל הנקרא אלברומיט אלומיניום למעשה מחזק את הבטון ומונע התרחבות סדקים, מצאו חוקרים.

התגובה נגרמה כתוצאה ממי הים שנכנסו ללא הרף למבנים במשך מאות שנים, ואפשרו לתערובת המינרלים של תחמוצות סיליקה וסיד לצמוח בין אגרגנט הסלע הוולקני ולטוש לפתח עמידות.

בניגוד לעקרונות הבטון המודרני המבוסס על מלט, הרומאים יצרו בטון דמוי סלע המשגשג בחילוף כימי פתוח עם מי ים, אמרה המחברת הראשית מארי ג'קסון מאוניברסיטת יוטה בכתב העת.

זוהי תופעה נדירה ביותר בכדור הארץ, והוסיפה.

בעוד שהרומאים נהנו מגישה רבה יותר לאפר וולקני טבעי, הרעיון יכול לשמש יום אחד כחלופה ידידותית יותר לסביבה לערבוב מלט מודרני, אשר פולט כמות משמעותית של פחמן דו חמצני לאטמוספירה.

ורומנים היו בני מזל בסוג שהם היו צריכים לעבוד איתם, אמר ג'קסון. הם ציינו כי אפר וולקני גדל מלטים לייצור [המרגמה]. אין לנו את הסלעים האלה הרבה בעולם, כך שיהיה צורך לבצע החלפות. & Rdquo

ג'קסון עובדת על יצירת מתכון חלופי שהציעה להשתמש במקום פלדה ללגונת גאות ושפל מתוכננת בבריטניה.

אני חושב שבטון רומאי או סוג זה יהיו בחירה טובה מאוד [הלגונה]. הפרויקט הזה ידרוש 120 שנות חיי שירות כדי להפחית את ההשקעה, וסיפרה ל- BBC בתחילת השנה.

ג'קסון הזהיר שתערובות מלט טיפוסיות לא יעמדו באלמנטים כמו גם הבטון בסגנון רומאי.

אלה בוודאי יתכלו לפחות במחצית מאותו חיי שירות, ” אמרה.


הערות

אז אתה רומא, ורוצה לבנות פנתיאון שאף אחד לא יכול להעתיק. אתה מערבב בטון עם פוזולאן, אפר בזלת ושופך חלקי בניין. וכתוב את החלק הזה בפירוט.

עַכשָׁיו. מה ימנע מאנשים להעתיק את הטכניקה הזו אי פעם? שום דבר. אלא אם כן אתה & quot שכחת & quot להזכיר חלק שני שגם הוא היה צריך כדי שהמתכון הזה יעבוד. כגון, שיש לי עבודה צבאית חינם לחיתוך קורות בזלת שנכנסות לבטון בזלת זה לחיזוק. המדען בשנת 2000 מלקה מכשיר, מסתכל על קיר הפנתיאון המוגמר, אומר & quot וואו, אין בזה שום דבר חוץ מבזלת, בלי פלדה בכלל. מזיגה מונוליטית ללא חיזוק! & Quot בעוד שלמעשה סביר להניח שזה מסגר קורות בזלת בקיר שעושים את ההרמה הכבדה. רק עכשיו מתגלה כי לחיזוק בזלת יש פי 2 מעוצמת הפלדה ב -20% ממשקל הפלדה. ברור שלרומאים הקדמונים לא היו כבשנים של 2000 מעלות לייצור מוטות בזלת כפי שאנו עושים כיום לחיזוק בטון. הניחוש שלי הוא שהרומאים פשוט לקחו סלע בזרט גדול וציללו ממנו העבודה החופשית (המכונה חיילי צבא) את אזורי חיזוק החיזוק. ובגלל זה אף אחד לא המשיך את המתכון לאחר מותו של האימפריה הרומית. לא בגלל שכל הבונים הגיעו למקרה בלתי מוסבר של אמנזיה קולקטיבית כיצד לערבב בטון רומאי. אך מכיוון שהמתכון הזה גם דרש עבודת אזמלת סלע חינם של ניתוק שלם של הצבא הרומי.

אנא בדוק את עבודותיו של חניבעל פיאנטה, הוא למד במכון הטכנולוגי של מילאנו בשנת 1888 וניהל עבודות בבטון משנת 1902 (שיקגו) ועד מותו בשנת 1937 (סן אנטוניו). עבודותיו עדיין עומדות ללא עבודות שיקום רבות, וכוללות גושי אבן נל החשופים לאלמנטים.


לאחרונה התפרסמו חדשות חדשות סביב מאמר חדש שבדק את מבנה המינרלים של דגימות בטון שנלקחו ממפרץ רומי בן 2000 שנה. המאמרים נעים בין הצבעה מדודה על יעילות הפחמן שלו וכלה בתכונותיו הקרובות ביותר למיסטיקה. העובדה שמבנים אלה עדיין שלמים לאחר אלפי שנים, בעוד שלנו לעתים קרובות מתפוררים עד כדי חוסר תועלת לאחר פחות מ -50 שנה, מעוררת כמובן כמה שאלות. כלומר, האם הבטון הרומי היה טוב משלנו? מדוע שלנו נכשל כל כך מהר?

התשובה טמונה בדרך השונה בה אנו משתמשים בטון בהשוואה לרומאים. בטון חזק בדחיסה, אך חלש במתח וכיפוף. המשמעות היא שבעצם, הבטון הוא בעל צדדיות מוגבלת. ניתן להשתמש בו בקלות בעמודות, קשתות ודברים אחרים שיהיו רק בדחיסה. אבל אתה נתקל בצרות כשאתה מנסה ליצור גשרים ארוכים, בניינים גבוהים, קירות דקים או כל דבר אחר שרוצה להתכופף באמצע. בטון גם שביר מאוד כשהוא מגיע לנקודת השבירה שלו הוא מתנפץ כמו זכוכית. בגלל זה, אם הוא נכשל, הוא נכשל באופן מיידי וקטסטרופלי, מבלי לתת שום אזהרה.

בבנייה המודרנית שתי הבעיות הללו נפתרות באותה הדרך: על ידי הכנסת מוטות פלדה או חוט בבטון במקומות מרכזיים. פלדה, בניגוד לבטון, היא בעלת מתח חזק להפליא. קורת בטון מחוזקת בפלדה בתוכה תהיה בערך כחמישית בגודל של קרן בטון.

זה יהיה גם הרבה הרבה יותר בטוח. בניגוד לבטון שהוא שביר, הפלדה היא רקיעה כאשר היא נכשלת, היא לא נשברת, היא נמתחת. גמישות נוספת זו מעניקה לבטון מזוין כושל את היכולת לספוג הרבה מאוד אנרגיה נוספת לפני שהוא קורס, ומספקת מספיק זמן לאנשים להתפנות. בגלל זה, כולל פלדה בבטון זה לא רק רעיון טוב: זה חוק. כמעט כל קוד בנייה מרכזי דורש מבטון כמות מינימלית של פלדה מחוזקת, מחוץ לכמה מקרים מיוחדים.

אך לכל החוזק הזה יש חסרון: פלדה גם מפחיתה מאוד את עמידות הבטון. מכיוון שבטון הוא נקבובי, עם הזמן יוני כלוריד ואלמנטים מאכלים אחרים פועלים אל תוך הבטון ומתחילים לאכל את הפלדה שבתוכה. משך הזמן הנדרש משתנה בהתאם למידת העמוק של הפלדה, אך זה קורה בהכרח. קורוזיה זו גם מחלישה את הפלדה וגורמת לה להגדיל, ובסופו של דבר פורצת הבטון מבפנים החוצה. קורוזיה מפלדה היא המנגנון העיקרי מאחורי ריקבון הבטון, ואחת המגבלות העיקריות על אורך חיי הבטון המודרני. מכיוון שלבטון הרומי לא היה חיזוק, אין לו אף אחת מהבעיות הללו.

הבדל מרכזי נוסף בין הבטון הרומי לשלנו הוא זמן הריפוי. בטון מודרני מתקשה ומגיע לעוצמתו המרבית מהר מאוד מאוד. הזמן הסטנדרטי לבטון להתרפא במלואו ולהגיע ליכולתו הוא 28 יום, אך אין זה נדיר שהוא יגיע לכוח שמיש תוך מספר שעות ספורות. זמן הריפוי המהיר הזה, בעוד שהוא מועיל ללוחות זמנים מהירים של בנייה, מכניס מתח תרמי כאשר התגובה מתחממת. מתחים אלה גורמים לסדקים, ובסופו של דבר מופחתים לעמידות. כדי להחמיר את המצב, יש לכלול פלדה נוספת לטיפול במתחים תרמיים אלה, ולהחמיר את בעיית הכשל הנגרם כתוצאה מקורוזיה.

הבטון הרומי, לעומת זאת, נרפא באיטיות מפליאה. אם אני קורא את העיתון נכון, שובר הגלים שדגם הבטון לקח שנתיים להתקרר לגמרי. משך זמן הריפוי האיטי במיוחד פירושו מתחים תרמיים נמוכים יותר ועמידות גבוהה יותר במקביל.

כמובן, כל זה אקדמי אם לא היינו יכולים לייצר בטון עמיד בדומה כיום. ומתברר שכאשר המצב דורש זאת, אנו מסוגלים להרכיב תערובת בטון עמידה במיוחד. נבנו מבני בטון מודרניים שתוכננו לתוחלת חיים של 1000 שנה. למעשה, המינרל המדויק שהופך את הבטון הרומי כביכול לעמיד כל כך, שהוחלף באלומיניום, הוגש כפטנט לפני 30 שנה, לשימוש המדויק המוצע בעיתון האחרון. בטון עמיד במיוחד נמצא בהישג ידנו. אבל הדרישות כדי להפוך אותו ללא פלדה, זמן ריפוי איטי במיוחד, פוקולנים גבוהים בתערובת הם מאוד מגבילים, ומאוד, מאוד יָקָר. הטריק לייצור בטון שיכול להחזיק את הגילאים אינו מתכון אבוד, אבל כלכלה ישנה ומשעממת.


מי ים קורוזיביים מעודדים צמיחה של מינרלים נדירים

בסביבות 79 לספירה, כתב הסופר הרומי פליניוס הזקן שלו נטורליס היסטוריה שמבני בטון בנמלים, החשופים לתקיפה מתמדת של גלי המים המלוחים, הופכים להיות "גוש אבן יחיד, בלתי נסבל לגלים וכל יום חזק יותר".

הוא לא הגזים. בעוד שמבני בטון ימיים מודרניים מתפוררים בתוך עשרות שנים, מזחים ושוברי גלים רומיים בני 2000 שנה מחזיקים מעמד עד היום והם חזקים יותר מאשר בעת שנבנו לראשונה. הגיאולוגית מאוניברסיטת יוטה מארי ג'קסון חוקרת את המינרלים והמבנים המיקרוסקאליים של הבטון הרומי כפי שעשתה סלע וולקני. היא ועמיתיה גילו שסינון מי ים דרך הבטון מוביל לצמיחה של מינרלים משתלבים המעניקים לבטון לכידות נוספת. התוצאות מתפרסמות היום ב מינרלוגיסט אמריקאי.

הקידוחים של ROMACONS במבנה ימי בפורטוס קוזנוס, טוסקנה, 2003. הקידוח הוא באישור Soprintendenza Archeologia per la Toscana.

בטון רומאי מול מלט פורטלנד

הרומאים ייצרו בטון על ידי ערבוב אפר וולקני עם סיד ומי ים לייצור מרגמה, ולאחר מכן שילבו בתוך נתח המרגמה נתחי סלע וולקניים, ה"מצרף "שבבטון. השילוב של אפר, מים וסיד מהיר מייצר מה שנקרא תגובה פוצולנית, הקרויה על שם העיר פוצ'ולי במפרץ נאפולי. הרומאים אולי קיבלו את הרעיון לתערובת זו ממרבצי אפר וולקני מלט באופן טבעי המכונים טוף הנפוצים באזור, כפי שתיאר פליניוס.

הבטון דמוי הקונגלומרט שימש במבנים אדריכליים רבים, כולל פנתיאון ושווקי טראג'אן ברומא. מבנים ימיים מסיביים הגנו על הנמלים מהים הפתוח ושימשו עוגנים נרחבים לאוניות ולמחסנים.

בטון צמנט פורטלנד המודרני משתמש גם במצטבר סלעים, אך עם הבדל חשוב: החול וחלקיקי החצץ נועדו להיות אינרטי. כל תגובה עם משחת המלט עלולה ליצור ג'לים שמתרחבים וסודקים את הבטון.

"תגובת אלקלי-סיליקה זו מתרחשת בכל רחבי העולם וזו אחת הסיבות העיקריות להרס מבני בטון מלט פורטלנד", אומר ג'קסון.

גילוי מחדש של בטון רומאי

קרדיט לתמונה: מארי ג'קסון

משמאל לימין: נובומיצ'י טמורה, מארי ג'קסון וקמליה סטאן בקו 12.3.2 במקור האור המתקדם, מעבדות לאומיות לורנס ברקלי. ינואר 2017. תמורה וסטן הם מדענים במרכזי האור המתקדמים.

העניין של ג'קסון בבטון רומאי החל בשנת שבתון ברומא. תחילה למדה טופים ולאחר מכן חקרה מצבורי אפר וולקני, ועד מהרה הפכה מוקסמת מתפקידם בייצור עמידות יוצאת דופן של בטון רומאי.

יחד עם עמיתים, ג'קסון החל ללמוד את הגורמים שהפכו את הבטון האדריכלי ברומא לעמיד כל כך. גורם אחד, היא אומרת, הוא שהצמיחה בין המינרלים בין האגרגט למרגמה מונעת התארכות סדקים, בעוד משטחי האגרגטים הלא -פעילים במלט פורטלנד רק מסייעים להתפשטות סדקים יותר.

במחקר אחר על ליבות מקדחה של בטון הנמל הרומי שנאסף על ידי פרויקט ROMACONS בשנים 2002-2009, ג 'קסון ועמיתיו מצאו מינרל נדיר במיוחד, טומבורית אלומיניום (אל-טובמוריט) במכתש הימי. הגבישים המינרליים הנוצרים בחלקיקי גיר באמצעות תגובה פוצולנית בטמפרטורות גבוהות במקצת. נוכחותו של אל-טוברמורייט הפתיעה את ג'קסון. "זה מאוד קשה להכין", היא אומרת על המינרל. סינתזתו במעבדה דורשת טמפרטורות גבוהות ותוצאות בכמויות קטנות בלבד.

קורוזיה של מי ים

לצורך המחקר החדש, ג'קסון וחוקרים אחרים חזרו לליבות המקדחה של ROMACONS, ובחנו אותן במגוון שיטות, כולל ניתוח מיקרו -דיפרקציה ומיקרו -פלואורסצנטיות במתקן קו האור המתקדם 12.3.2 במעבדה הלאומית לורנס ברקלי. הם מצאו כי אל-טוברמורית ומינרל זאוליט קשור, פיליפסיט, נוצרים בחלקיקי ספוג ובנקבוביות במטריצת המלט. מעבודות קודמות הצוות ידע שתהליך הריפוי הפוזולני של בטון רומאי הוא קצר מועד. משהו אחר כנראה גרם למינרלים לצמוח בטמפרטורה נמוכה הרבה אחרי שהבטון התקשה. "אף אחד לא ייצר טוברמורייט ב 20 מעלות צלזיוס", היא אומרת. "הו - חוץ מהרומאים!"

"כגיאולוגים, אנו יודעים שסלעים משתנים", אומר ג'קסון. "שינוי הוא קבוע עבור חומרי כדור הארץ. אז איך השינוי משפיע על עמידותם של מבנים רומיים? "

אשראי צילום: באדיבות מארי ג'קסון

תמונה מיקרוסקופית זו מציגה את חומר הקלסר הגשוש סידן-אלומיניום-סיליקט-הידרט (C-A-S-H) הנוצר כאשר מתערבבים אפר וולקני, סיד ומי ים. גבישי פלטי של אל-טוברמורייט גדלו בקרב ה- C-A-S-H במטריצת המלט.

הצוות הגיע למסקנה שכאשר מי ים חודרים דרך הבטון בשוברי הגלים וברציפים, הם המסו רכיבים של האפר הגעשי ואפשרו לצמוח מינרלים חדשים מהנוזלים הנחלבים בסיסי במיוחד, במיוחד אל-טוברמורית ופיליפסיט. לאל-טוברמורית זה יש תרכובות עשירות בסיליקה, בדומה לגבישים הנוצרים בסלעים וולקניים. לקריסטלים צורות מישוריות המחזקות את מטריצת המלט. הלוחות המשתלבים מגבירים את עמידות הבטון לשברים שבירים.

ג'קסון אומר שתהליך דמוי קורוזיה זה בדרך כלל יהיה דבר רע לחומרים מודרניים. "אנחנו בוחנים מערכת שמנוגדת לכל מה שלא היית רוצה בבטון מבוסס מלט", היא אומרת. "אנחנו מסתכלים על מערכת שמשגשגת בחילופי חומרים כימיים פתוחים עם מי ים."

בטון רומאי מודרני

בהתחשב ביתרונות העמידות של הבטון הרומי, מדוע לא משתמשים בו לעתים קרובות יותר, במיוחד מכיוון שייצור מלט פורטלנד מייצר פליטות פחמן דו חמצני ניכרות?

"המתכון הלך לאיבוד לגמרי", אומר ג'קסון. היא למדה בהרחבה טקסטים רומאים עתיקים, אך עדיין לא חשפה את השיטות המדויקות לערבוב המרגמה הימית, לשחזור הבטון במלואו.

"לרומאים היה מזל בסוג הסלע שהם היו צריכים לעבוד איתו", היא אומרת. "הם הבחינו שאפר וולקני מגדל מלטים לייצור הטוף. אין לנו את הסלעים האלה בעולם, כך שיהיה צורך לבצע החלפות ".

כעת היא עובדת עם המהנדס הגיאולוגי טום אדמס כדי לפתח מתכון חלופי, אולם באמצעות חומרים ממערב ארה"ב. מי הים בניסויים שלה מגיעים מהמרינה של ברקלי, קליפורניה, שנאספה על ידי ג'קסון בעצמה.

לבטון רומאי לוקח זמן לפתח חוזק ממי ים, ויש לו חוזק דחיסה פחות מאשר מלט פורטלנד טיפוסי. מסיבות אלה, אין זה סביר שבטון רומאי עשוי להתפשט, אך יכול להיות שימושי בהקשרים מסוימים.

ג'קסון הכביד לאחרונה על לגונת גאות מוצעת שתיבנה בסוונסי, בריטניה, כדי לרתום את כוח הגאות. הלגונה, היא אומרת, תצטרך לפעול במשך 120 שנה כדי להחזיר את העלויות שנגרמו לבנייתו. "אתה יכול לדמיין שעם האופן שבו אנו בונים כעת, זה יהיה מסה של פלדה מחלידה עד אז." אב טיפוס מבטון רומאי, לעומת זאת, יכול להישאר שלם במשך מאות שנים.

ג'קסון אומר שבעוד שהחוקרים ענו על שאלות רבות אודות מרגמת הבטון, התגובות הכימיות ארוכות הטווח בחומרים המצרפים נותרו בלתי נחקרים. היא מתכוונת להמשיך בעבודתם של פליניוס וחוקרים רומאים אחרים שעבדו בחומרה לגלות את סודות הבטון שלהם. "הרומאים היו מודאגים מכך", אומר ג'קסון. "אם אנחנו הולכים לבנות בים, אנחנו צריכים לדאוג גם לזה."


מדוע הבטון הרומי החזיק מעמד כל כך הרבה זמן?

הפנתיאון נראה די טוב לבניין בן 1900 שנה, בהתחשב בכך שהוא כיפת הבטון הבלתי מזוינת הגדולה בעולם. אולי זה בגלל שהוא לא מחוזק, כך שלא היה ברזל להחליד ולהתרחב, או שאולי בגלל שהבטון הרומי היה שונה מהחומרים שבהם אנו משתמשים כיום. TreeHugger ציין בעבר שהבטון הרומי היה הרבה יותר ירוק מהתערובות של היום, כעת מחקר חדש של חוקרים במעבדת ברקלי מראה שהבטון מתחזק עם הזמן.

שלא כמו בטון מודרני שלמעשה מתכווץ, פתיחת סדקים זעירים המתפשטים ומכניסים לחות פנימה, בטון רומאי, העשוי אפר וולקני במקום צמנט פורטלנד, הוא למעשה ריפוי עצמי כאשר נוצר קלסר גבישי ומונע מהבטון להיסדק עוד יותר. לדברי מארי ג'קסון מאוניברסיטת ברקלי:

אז לא רק שלבטון עשוי אפר וולקני תהיה טביעת רגל פחמנית נמוכה בהרבה, הוא יחזיק הרבה יותר זמן. ג'קסון ממשיך בנימה מובנת יותר:

ייצור המלט מהווה עד 7% מהפחמן CO2 המיוצר מדי שנה כמות החומרים שנשפכים בימים אלה היא יוצאת דופן. ואצלב סמיל אומר לביל גייטס כי הנתון המוצג לעיל הוא המדהים ביותר בספרו, Making the World Modern: Materials and Dematerialization. אנו משתמשים יותר מדי מהחומרים וזה לא מחזיק מעמד כמעט כל עוד חשבנו. זמן לשינוי.


צפו בסרטון: חיי העבד בעולם הרומי (יָנוּאָר 2022).