کشف راز عمر طولانی سازه های روم ؛ بتن دو هزار ساله، بهتر از نمونه های امروزی!

معمای عمر دو هزار ساله سازه های روم توسط محققان حل شد؛ نوعی بتن دو هزار ساله که از بتن های امروزی بهتر و مقاوم تر است! دست‌آوردی که می‌تواند انقلابی در صنعت سازه های مدرن امروز به وجود آورد.

یکی از رازهای عجیب در رابطه با سازه های روم، عمر طولانی این بناها است. بعضی از آن‌ها به مدت 2000 سال هدف ضربات سهمگین امواج دریا قرار گرفته‌اند اما هنوز سر پا هستند، این در حالی است که سازه‌های امروزی ما بعد از ده سال روند فرسایش خود را شروع می‌کنند.

به تازگی دانشمندان راز نهفته فرآیندهای شیمیایی این سازه های روم را دریافتند و به حل این معما نزدیک شده‌اند. این‌طور که به نظر می‌رسد، سازه های روم، نه تنها با گذشت دهه‌ها و صده‌ها فرسوده نمی‌شوند بلکه با گذشت زمان استفامت آن‌ها بیشتر می‌شود.

بتن مدرن با استفاده از سیمان پورتلند (Portland Cement) ساخته می‌شود؛ مخلوطی از شن سیلیکا (silica sand)، سنگ آهنک، خاک رس، گچ و مواد دیگری از این دست، که در دمای بسیار بالا، درون یکدیگر مخلوط می‌شوند. در نهایت بتن به دست آمده از این مخلوط می‌تواند تکه‌های سنگ و شن را به هم متصل کند.

مخلوط حاصل از مواد خاطرنشان شده باید بدون ناخالصی‌های دیگر باشد، زیرا هر فرآیند شیمیایی ناخواسته می‌تواند باعث ایجاد شکاف در بتن سفت شده شود، شکافی که در نهایت به فرسایش و فروریختن سازه می‌انجامد.

اما بتن‌های استفاده شده در سازه‌های روم به این صورت نبودند. بتن استفاده شده در این سازه‌ها از خاکسترهای آتشفشانی ساخته می‌شد که در نهایت به محصولی مقاوم‌تر از آن‌چه فکر می‌کنید مبدل می‌گشت.

یک گروه پژوهشی باستان شناس به رهبری خانوم جکسون، نمونه‌هایی از این سازه‌ها را از سواحل ایتالیا جمع‌آوری کرده و بر روی آن‌ها تحقیق کردند.

محققان با یک میکروسکوپ الکترونی (electron microscope) نمونه‌های مورد نظر خود را درون سازه پیدا کرده، سپس با استفاده از ایکس-ری میکرودیفرکشن (x-ray microdiffraction) و تکنیک طیف‌سنجی رامان (Raman spectroscopy) توانستند آن‌ها را به دست آورند. با استفاده از این تکنولوژی‌های پیشرفته توانستند تمامی مواد معدنی که با گذشت زمان درون این بتن‌های قدیمی به وجود آمده‌اند را شناسایی کنند.

جکسون می‌گوید:

با تکنولوژی‌های استفاده شده می‌توانیم به آزمایشگاه‌های کوچکی در درون بتن وارد شویم، مواد معدنی درون آن‌ها را شناسایی کنیم و خصوصیات و رفتارهای کریستالوگرافی (crystallographic) آن‌ها را بشناسیم. آن‌چه در تحقیقات خود در این رابطه جمع‌آوری کردیم شگفت انگیز بود.

شگفتی جکسون به خاطر کشف ماده آلومینیوم توبرموریت (aluminous tobermorite) در نمونه‌های آزمایشی بود؛ ماده‌ای معدنی از مشتقات سیلیکا که به‌شدت کم‌یاب است. ساخت مقادیر محدود این ماده درون آزمایشگاه کاری سخت است، با این وجود مقادیر عظیمی از آن را درون بتن استفاده شده در سازه های روم پیدا کردند.

کاشف به عمل آمد که آلومینیوم توبرموریت و ماده دیگری به نام فلیپسیت (phillipsite)، در درون سازه های روم با گذشت زمان ایجاد شده و رشد کرده‌اند؛ فرآیندی که مدیون ضربه‌های سخت موج‌های دریا بوده است؛ ضربه‌هایی که به مرور زمان خاکسترهای آتشفشانی را حل کرده و به کریستال‌های آن‌ها فضای بیشتری برای پیوستگی و تقویت شدگی بیشتر داده‌اند.

جکسون در ادامه توضیحات‌اش می‌گوید:

رومیان باستان، بتنی صخره مانند ساخته‌اند که در داد و ستد با آب دریا روزبه‌روز مقاومت‌اش بیشتر شده است.

حقیقت کشف شده در رابطه با سازه های روم بسیار عجیب است، اتفاقی که در اینجا می‌افتد دقیقا بر خلاف آن چیزی است که در سازه های مدرن می‌بینیم؛ این‎که در برخورد با آب شور استخوان بندی فلزی ساختمان تحلیل رفته و تمامی ترکیباتی که ساختمان را سر پا نگاه می‌دارند در آب حل شده و از بین می‌روند.

اینکه بتوانیم بتن امروزی را با خصوصیات بتن موجود در سازه های روم بسازیم می‌تواند صنعت ساختمان سازی مدرن را زیر و رو کند، مخصوصا اگر در رابطه با سازه های ساحلی استفاده شود؛ مانند پایه‌های ساختمانی که درون آب قرار گرفته‌اند و پیوسته توسط موج‌های دریا ضربه می‌خورند یا ساخت سدهایی که از امواج دریا انرژی تولید می‌کنند.

فرمول ساخت بتن‌های روم با گذر زمان گم شده و تنها شانس ما برای رسیدن به این فرمول استفاده از مهندسی معکوس، شناخت پیوندهای شیمیایی و آزمایش‌های فرآوان بر روی نمونه‌های برجای مانده است.

جکسون:

رومی‌ها در انتخاب سنگ‌های مورد استفاده خود خوش‌شانس بوده‌اند. این گونه سنگ‌ها بسیار کمیاب بوده و به این راحتی‌ها یافت نمی‌شوند، پس تنها شانس ما الگوبرداری و ساخت نمونه‌ای مشابه و نه دقیق از روی نمونه‌های موجود است.

اگر جکسون و همکارانش موفق به حل این معما شوند و بتوانند موادی مشابه با نمونه‌های جمع‌آوری شده تولید کنند، در صنعت ساختمان سازی مدرن انقلابی به پا خواهد شد، انقلابی که می‌تواند قرن‌ها پابرجا بماند. سازه‌ای که برای سرپا ماندن نیازی به اسکلت فلزی ندارد و کربن کمتری هم تولید می‌کند.