ชาวโรมันโบราณเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านอาคารและวิศวกรรมบางทีอาจเป็นตัวแทนของท่อระบายน้ำ และสิ่งเหล่านั้นยังคงเป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่ใช้งานได้พึ่งพาวัสดุการก่อสร้างที่เป็นเอกลักษณ์: คอนกรีตปอซโซลินซึ่งเป็นคอนกรีตที่ทนทานอย่างน่าทึ่งซึ่งทำให้โครงสร้างโรมันมีความแข็งแกร่งอย่างไม่น่าเชื่อ
แม้กระทั่งทุกวันนี้หนึ่งในโครงสร้างของพวกเขา - แพนธีออนยังคงไม่บุบสลายและอายุเกือบ 2,000 ปีถือเป็นบันทึกสำหรับโดมที่ใหญ่ที่สุดในโลกของคอนกรีตที่ไม่มีการเสริมกำลัง
คุณสมบัติของคอนกรีตนี้โดยทั่วไปมีสาเหตุมาจากส่วนผสมของมัน: Pozzolana, การผสมผสานของเถ้าภูเขาไฟ - ตั้งชื่อตามเมือง Pozzuoli ของอิตาลีซึ่งสามารถพบได้อย่างมีนัยสำคัญมะนาว- เมื่อผสมกับน้ำวัสดุทั้งสองสามารถตอบสนองต่อการผลิตคอนกรีตที่แข็งแกร่ง
แต่นั่นก็เป็นเรื่องทั้งหมดไม่ใช่เรื่องทั้งหมด ในปี 2023 ทีมนักวิจัยระหว่างประเทศที่นำโดยสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) พบว่าไม่เพียง แต่วัสดุที่แตกต่างจากที่เราคิดไว้เล็กน้อย แต่เทคนิคที่ใช้ในการผสมก็แตกต่างกัน
ปืนสูบบุหรี่มีขนาดเล็กสีขาวของมะนาวที่สามารถพบได้ในสิ่งที่ดูเหมือนว่าจะเป็นคอนกรีตผสมที่ดี การปรากฏตัวของชิ้นเหล่านี้ก่อนหน้านี้มีสาเหตุมาจากการผสมหรือวัสดุที่ไม่ดี แต่นั่นก็ไม่สมเหตุสมผลกับนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุชื่นชม MASIC ของ MIT
"ความคิดที่ว่าการปรากฏตัวของ clasts มะนาวเหล่านี้มีสาเหตุมาจากการควบคุมคุณภาพต่ำทำให้ฉันรำคาญอยู่เสมอ"Masic กล่าวย้อนกลับไปในเดือนมกราคม 2566
"หากชาวโรมันใช้ความพยายามอย่างมากในการสร้างวัสดุก่อสร้างที่โดดเด่นตามสูตรรายละเอียดทั้งหมดที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมาทำไมพวกเขาถึงใช้ความพยายามเพียงเล็กน้อยในการสร้างความมั่นใจในการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ต้องมีเรื่องนี้มากขึ้น "
Masic และทีมนำโดย MIT วิศวกรโยธา Linda Seymour ศึกษาตัวอย่างคอนกรีตโรมันอายุ 2,000 ปีอย่างระมัดระวังจากแหล่งโบราณคดีของ Privernum ในอิตาลี
ตัวอย่างเหล่านี้อยู่ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนขนาดใหญ่, สเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน, การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผงและการถ่ายภาพ confocal raman เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นเกี่ยวกับ clasts มะนาว
หนึ่งในคำถามในใจคือธรรมชาติของมะนาวที่ใช้ ความเข้าใจมาตรฐานของคอนกรีต Pozzolanic คือการใช้ปูนขาว- อย่างแรกหินปูนจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิตผงกัดกร่อนที่มีปฏิกิริยาสูงเรียกว่าปูนขาวหรือแคลเซียมออกไซด์
การผสม Quicklime กับน้ำทำให้เกิดมะนาวที่ถูก slaked หรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์: การทำปฏิกิริยาน้อยลงเล็กน้อยและกัดกร่อนน้อยลง ตามทฤษฎีมันเป็นมะนาวที่มีความสุขที่ชาวโรมันโบราณผสมกับปอซโซลานา
จากการวิเคราะห์ของทีม clasts มะนาวในตัวอย่างของพวกเขาไม่สอดคล้องกับวิธีนี้ ค่อนข้างคอนกรีตโรมันอาจทำโดยการผสม Quicklime โดยตรงกับ Pozzolana และน้ำที่อุณหภูมิสูงมากโดยตัวเองหรือนอกเหนือจากมะนาวที่ถูก slaked กระบวนการที่ทีมเรียกว่า 'การผสมร้อน' ซึ่งส่งผลให้เกิดมะนาว
"ประโยชน์ของการผสมร้อนเป็นสองเท่า"Masic กล่าว-
"ครั้งแรกเมื่อคอนกรีตโดยรวมถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิสูงมันจะช่วยให้เคมีที่เป็นไปไม่ได้หากคุณใช้มะนาว slaked เท่านั้นผลิตสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงซึ่งจะไม่เกิดขึ้นเป็นอย่างที่สองอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้จะช่วยลดการบ่ม ครั้งเนื่องจากปฏิกิริยาทั้งหมดจะถูกเร่งให้เกิดการก่อสร้างที่เร็วขึ้นมาก "
และมันก็มีประโยชน์อีกประการหนึ่ง: ปูนขาวให้ความสามารถในการรักษาตัวเองที่น่าทึ่ง
เมื่อรอยแตกก่อตัวขึ้นในคอนกรีตพวกเขาจะเดินทางไปยัง clasts มะนาวซึ่งมีพื้นที่ผิวสูงกว่าอนุภาคอื่น ๆ ในเมทริกซ์ เมื่อน้ำเข้าสู่รอยแตกมันจะทำปฏิกิริยากับมะนาวเพื่อสร้างสารละลายที่อุดมไปด้วยแคลเซียมที่แห้งและแข็งตัวเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตติดกาวรอยแตกกลับมารวมกันและป้องกันไม่ให้มันแพร่กระจายต่อไป
นี้ได้รับการสังเกตในคอนกรีตจากอีก 2,000 ปี Tomb of Caecilia Metella ซึ่งรอยแตกในคอนกรีตเต็มไปด้วยแคลเซียม นอกจากนี้ยังสามารถอธิบายได้ว่าทำไมคอนกรีตโรมันจาก Seawalls ที่สร้างขึ้นเมื่อ 2,000 ปีที่แล้วได้รอดชีวิตจากการเป็นพันปีแม้จะมีการปะทะกันอย่างต่อเนื่องของมหาสมุทร
ดังนั้นทีมทดสอบการค้นพบของพวกเขาโดยการทำคอนกรีต pozzolanic จากสูตรโบราณและสมัยใหม่โดยใช้ Quicklime พวกเขายังสร้างคอนกรีตควบคุมโดยไม่ต้องทำการทดสอบรอยแตก แน่นอนว่าคอนกรีต Quicklime ที่ร้าวนั้นหายเป็นปกติภายในสองสัปดาห์ แต่คอนกรีตควบคุมยังคงร้าว
ตอนนี้ทีมกำลังดำเนินการเชิงพาณิชย์คอนกรีตของพวกเขาเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสำหรับคอนกรีตปัจจุบัน
"มันน่าตื่นเต้นที่จะคิดว่าสูตรคอนกรีตที่ทนทานเหล่านี้สามารถขยายได้ไม่เพียง แต่อายุการใช้งานของวัสดุเหล่านี้ แต่ยังสามารถปรับปรุงความทนทานของสูตรคอนกรีตที่พิมพ์ 3 มิติได้อย่างไร"Masic กล่าว-
การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์-
เวอร์ชันของบทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกในเดือนมกราคม 2566
