MIT, Eski Roma Betonunun Gizemini Çözüyor

Massachusetts Institute of Technology (MIT) liderliğindeki uluslararası bir araştırmacı grubu, son derece dayanıklı eski Roma betonunun bileşenlerini anlamada önemli ilerlemeler kaydederek daha önce gözden kaçan kendi kendini iyileştirme yeteneğini keşfederek bir gizeme ışık tutmayı başardı.

Görsel: MIT News

Antik Romalılar mühendislik başarıları, geniş yol ağları, su kemerleri, limanları ve kalıntıları bugüne kadar sağlam kalan devasa binaları ile tanınıyorlardı. Bu yapıların çoğu betondan yapılmıştı. Örneğin MS 126-128 yıllarında inşa edilen Roma’daki Pantheon, dünyanın en büyük donatısız beton kubbesi ve hala bu unvanını koruyor. Diğer birçok antik Roma yapısı da farklı iklimlerde, deprem bölgelerinde ve hatta deniz suyuyla doğrudan temas ettiği ortamlarda bile zamanın yıpratıcı etkilerini içeren testlerden başarıyla geçmiş. Bununla birlikte, birçok modern beton muadili malzemenin yalnızca birkaç on yıl sonra çöktüğü gözlemlenmiş ve dünyanın dört bir yanındaki bilim insanlarının bu eski yapı malzemesini neyin bu kadar güçlü yaptığını merak etmesine yol açmış.

Massachusetts Institute of Technology (MIT) liderliğindeki uluslararası bir araştırmacı grubu, son derece dayanıklı bu eski Roma betonunun bileşenlerini anlamada önemli ilerlemeler kaydederek daha önce gözden kaçan kendi kendini iyileştirme yeteneğini keşfederek bu gizeme ışık tutmayı başardı.

Araştırmacılar uzun bir süre eski betonun dayanıklılığının tek bir bileşenden, Napoli’nin Pozzuoli bölgesinden gelen puzolanik külden kaynaklandığını düşünmüşler. MIT liderliğinde ABD, İtalya ile İsviçre’den araştırmacıların da dahil olduğu çalışma ekibi, yaptıkları uzun araştırmalar sonucunda, bu eski örneklerin ayrıca, Roma betonunun her yerde bulunan bir bileşeni olduğu bilinen “kireç kırıntıları” adı verilen küçük beyaz parçalar içerdiğini bulmuş. MIT inşaat ve çevre mühendisliği profesörü Admir Masic konuyla ilgili fikrini “Antik Roma betonuyla çalışmaya başladığımdan beri, bu özellikler beni her zaman büyülemiştir. Bu içerikler modern beton formülasyonlarında bulunmuyor, öyleyse neden bu eski malzemelerde bulunuyorlar?” şeklinde iletiyor.
Bu beyaz topaklar önceleri dağınık karıştırma uygulamalarının veya düşük kaliteli ham maddelerin kanıtı olarak düşünülerek göz ardı edilmiş. Bununla birlikte, yeni çalışma, betona kendi kendini iyileştirme yeteneği veren şeyin bu küçük topaklar olduğunu fark etmiş. Masic, “Bu kireç kırıntılarının varlığının düşük kaliteli kontrole atfedilmesi fikri beni her zaman rahatsız etmiştir” diyor. “Romalılar, yüzyıllar boyunca optimize edilmiş tüm ayrıntılı tarifleri izleyerek olağanüstü bir yapı malzemesi yapmak için bu kadar çok çaba sarf ettilerse, iyi karıştırılmış bir nihai ürünün üretimini sağlamak için neden bu kadar az çaba sarf etsinler? Bu hikayede daha fazlası olmalı.”

“Sıcak Karıştırma” Süreci

Çalışma ilerledikçe Masic, “Romalılar’ın kireci, sönmemiş kireç olarak bilinen daha reaktif formunda doğrudan kullanmış olmaları mümkün mü?” diye merak etmiş. Kendisi ve ekibi bu eski betonun örneklerini incelediklerinde, beyaz kalıntıların çeşitli kalsiyum karbonat formlarından oluştuğunu görmüş. Ekibin spektroskopik incelemesi sonucunda Roma betonunun muhtemelen kalsiyum karbonatın puzolanik kül ve suyla çok yüksek sıcaklıklarda karıştırılmasıyla, “sıcak karıştırma” adı verilen bir işlemle elde edilmiş olabileceğini bulmuşlar. Ekip betonun süper güçlü doğasının anahtarının “sıcak karıştırma” olduğu sonucuna varmış.

Araştırma sonucunda kireç topaklarının, sıcak karıştırma tekniği ile çok önemli bir kendi kendini iyileştirme işlevine sahip olabilecek kolayca kırılgan ve reaktif bir kalsiyum kaynağı oluşturan karakteristik bir kırılgan nanopartikülat mimarisi geliştirdiği saptanmış. Betonda küçük çatlaklar oluştuğunda diğer parçacıklardan daha geniş bir yüzey alanına sahip olan kalsiyum katmanlarına gittikleri görülmüş. Bu malzemenin daha sonra su ile reaksiyona girerek kuruyabilen ve sertleşerek çatlağı hızla kapatabilen kalsiyum açısından zengin bir çözelti oluşturabildiği de farkedilmiş. Alternatif olarak, yine bu maddenin kompoziti daha da güçlendirmek için puzolanik malzemelerle reaksiyona girebileceği düşünülmüş. Bu reaksiyonların kendiliğinden meydana geldiği ve bu nedenle çatlakları yayılmadan önce otomatik olarak iyileştirdiği ortaya çıkmış.

Masic “Bu daha dayanıklı beton formülasyonlarının yalnızca bu malzemelerin hizmet ömrünü nasıl uzatabileceğini değil, aynı zamanda 3D baskılı beton formülasyonlarının dayanıklılığını nasıl artırabileceğini düşünmek heyecan verici’ diyor.