Bu kimyagerler uzun ömürlü Roma betonunun kodunu kırdı
MIT kimyageri Admir Masic, deneyinin gerçekten patlamayacağını umuyordu.
Masic ve meslektaşları, beton, çimento, çakıl, kum ve su karışımı yapmak için eski bir Roma tekniğini yeniden yaratmaya çalışıyorlardı. Araştırmacılar, anahtarın, çimento yapmak için sönmemiş kireç olarak da adlandırılan kuru kalsiyum oksit granüllerinin volkanik külle karıştırıldığı “sıcak karıştırma” adı verilen bir süreç olduğundan şüpheleniyorlar. Ardından su eklenir.
Sıcak karıştırmanın nihayetinde tamamen pürüzsüz ve karışık olmayan, bunun yerine kalsiyum açısından zengin küçük kayalar içeren bir çimento üreteceğini düşündüler. Romalıların beton binalarının duvarlarında her yerde bulunan bu küçük kayalar, bu yapıların neden zamanın tahribatına dayandığının anahtarı olabilir.
Modern çimento böyle yapılmaz. Sönmemiş kirecin su ile reaksiyonu oldukça ekzotermiktir, yani çok fazla ısı ve muhtemelen bir patlama üretebilir.
Masic, “Herkes ‘Sen delisin’ derdi” diyor.
Ama büyük patlama olmadı. Bunun yerine, reaksiyon sadece ısı, nemli bir su buharı iç çekişi ve kalsiyum açısından zengin küçük beyaz kayalar taşıyan Romalılar benzeri bir çimento karışımı üretti.
Araştırmacılar onlarca yıldır beton uzun ömür için Roma tarifini yeniden yaratmaya çalışıyorlar – ancak çok az başarı elde ettiler. Sıcak karıştırmanın anahtar olduğu fikri eğitimli bir tahmindi.
Masiç ve meslektaşları, Romalı mimar Vitruvius ve tarihçi Pliny tarafından yazılan ve nasıl ilerleneceğine dair bazı ipuçları sunan metinleri incelediler. Bu metinler, örneğin, sönmemiş kirecin kaynağı olan kireç taşının çok saf olması gerektiği ve sönmemiş kireci sıcak külle karıştırıp ardından su eklemenin çok fazla ısı üretebileceği gibi, ham maddeler için katı spesifikasyonlardan bahsediyordu.
Kayalardan bahsedilmedi, ancak ekip bunların önemli olduğu hissine kapıldı.
“Antik Roma betonundan gördüğümüz her örnekte, bu beyaz kapanımları bulabilirsiniz”, duvarlara gömülü kaya parçaları. Masic, uzun yıllar boyunca bu inklüzyonların kökeninin belirsiz olduğunu söylüyor – araştırmacılar belki de çimentonun eksik karıştırıldığından şüpheleniyorlardı. Ancak bunlar bahsettiğimiz son derece organize Romalılar. “Her operatörün [was] düzgün karıştırmamak ve her biri [building] bir kusuru var mı?”
Ya ekip, çimentodaki bu kapanımların aslında bir böcek değil de bir özellik olduğunu öne sürdüyse? Araştırmacıların İtalya’daki Privernum arkeolojik alanındaki duvarlara gömülmüş bu tür kayaların kimyasal analizleri, kapanımların kalsiyum açısından çok zengin olduğunu gösterdi.
Bu, bu kayaların binaların hava koşullarına ve hatta bir depreme bağlı çatlaklardan kendilerini iyileştirmesine yardımcı olabileceğine dair umut verici bir olasılık önerdi. Hazır bir kalsiyum kaynağı zaten hazırdı: Çözülür, çatlaklara sızar ve yeniden kristalleşirdi. İşte! Yara iyileşti.
Ancak ekip bunu çalışırken gözlemleyebilir mi? Birinci adım, kayaları sıcak karıştırma yoluyla yeniden yaratmak ve hiçbir şeyin patlamamasını ummaktı. İkinci adım: Roma esintili betonu test edin. Ekip, sıcak karıştırma işlemiyle ve sıcak karıştırma işlemi olmadan beton oluşturdu ve bunları yan yana test etti. Her beton bloğu ikiye bölündü, parçalar birbirinden küçük bir mesafeye yerleştirildi. Ardından, sızıntının durmasının ne kadar sürdüğünü görmek için çatlaktan su damlatıldı.
Masic, “Sonuçlar büyüleyiciydi” diyor. Sıcak karıştırılmış çimento içeren bloklar iki ila üç hafta içinde iyileşti. Ekip 6 Ocak’ta Science Advances’te sıcak karışım çimento olmadan üretilen betonun hiç iyileşmediğini bildirdi.
Tarifi kırmak gezegen için bir nimet olabilir. Örneğin, Pantheon ve onun yükselen detaylı beton kubbesi yaklaşık 2.000 yıl ayakta dururken, modern beton yapıların ömrü belki 150 yıldır ve bu en iyi senaryodur (SN: 2/10/12). Ve Romalıların yapılarını destekleyen çelik takviye çubukları yoktu.
Beton yapıların daha sık değiştirilmesi, daha fazla sera gazı emisyonu anlamına gelir. Beton üretimi atmosfere çok büyük bir karbondioksit kaynağıdır, bu nedenle daha uzun ömürlü versiyonlar bu karbon ayak izini azaltabilir. Masic, “Bu malzemeden yılda 4 gigaton üretiyoruz” diyor. Bu üretim, üretilen her bir metrik ton beton için 1 metrik ton CO2 üretiyor ve şu anda yıllık küresel CO2 emisyonlarının yaklaşık yüzde 8’ine tekabül ediyor.
Yine de Masiç, beton endüstrisinin değişime dirençli olduğunu söylüyor. Her şeyden önce, iyi bilinen mekanik özelliklere sahip, denenmiş ve doğrulanmış bir karışıma yeni kimya eklemeyle ilgili endişeler var. Ancak “sektördeki en önemli darboğaz maliyettir” diyor. Beton ucuzdur ve şirketler kendilerini rekabet dışında fiyatlandırmak istemezler.
Araştırmacılar, zamanın testinden geçen ve üretime çok az ek maliyet getirebilen bu tekniğin yeniden kullanılmasının bu endişelerin her ikisine de cevap verebileceğini umuyorlar. Aslında, buna güveniyorlar: Masic ve birkaç meslektaşı, Roma esintili sıcak karışım betonu ticari olarak üretmeye başlamak için şu anda başlangıç parası arayan DMAT adını verdikleri bir girişim kurdular. “Binlerce yıllık bir malzeme olduğu için çok çekici.”