لقد فسر العلم سبب صمود الخرسانة الرومانية لما يقرب من 2000 عام.

(صحيفة دان تري) - يوفر هيكل تم بناؤه منذ ما يقرب من 2000 عام دليلاً إضافياً على سر متانة الخرسانة الرومانية القديمة، التي صمدت أمام اختبار الزمن.

قبل الانهيار المفترض لمدينة بومبي في عام 79 ميلادي، اكتشف علماء الآثار هيكلاً محفوظاً بشكل مثالي، "متجمداً"، لتقنيات البناء الرومانية تحت الرماد البركاني الذي دفنها.

قبة البانثيون في روما تحمل حاليًا الرقم القياسي لكونها أكبر هيكل خرساني غير مسلح لا يزال موجودًا في العالم (صورة: غيتي إيماجز).

وهنا، وجدوا أكواماً مرتبة بدقة من المواد، بما في ذلك المكونات المستخدمة في خلط الخرسانة المتينة الشهيرة، خلف معالم أثرية مثل البانثيون، حيث وقفت القبة الخرسانية الضخمة غير المسلحة لآلاف السنين.

تكشف تقنية "الخلط الساخن" عن السبب وراء المتانة الاستثنائية للخرسانة الرومانية.

في الآونة الأخيرة، كشف تحليل جديد تمامًا أن السر يكمن في تقنية يطلق عليها عالم المواد أدمير ماسيك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) اسم "الخلط الساخن".

تتضمن هذه الطريقة خلط مكونات الخرسانة مباشرة، بما في ذلك خليط الرماد البركاني البوزولاني مع الجير الحي، والذي يتفاعل مع الماء لتوليد كمية كبيرة من الحرارة داخل الخليط.

عندما يتم تسخين الخرسانة بأكملها إلى درجات حرارة عالية، فإنها تخلق تفاعلات كيميائية لا تحدث مع الجير وحده، مما يؤدي إلى تكوين مركبات مميزة لظروف درجات الحرارة العالية.

بعض مواد البناء التي تم العثور عليها في بومبي (صورة: حديقة بومبي الأثرية).

ومع ذلك، فإن ارتفاع درجة الحرارة يقلل بشكل كبير من وقت التصلب والمعالجة لأن جميع التفاعلات تحدث بشكل أسرع، مما يسمح بالبناء عالي السرعة.

وعلى وجه الخصوص، منحت جزيئات الجير الحي المتبقية في الخليط الخرسانة الرومانية القدرة على "إصلاح" الشقوق ذاتيًا بمرور الوقت.

عندما تتشقق الخرسانة، تميل الشقوق إلى الانتشار إلى جزيئات الجير، التي تتمتع بمساحة سطح أكبر من جزيئات المصفوفة الأخرى.

عندما يتغلغل الماء في الشقوق، فإنه يتفاعل مع الجير لتكوين محلول غني بالكالسيوم، والذي عند جفافه، يشكل كربونات الكالسيوم، مما يؤدي إلى سد الشق ومنعه من الانتشار.

"تتمتع هذه المادة بقيمة تاريخية وعلمية عند فك رموزها بشكل صحيح. ولديها القدرة على إصلاح نفسها على مدى آلاف السنين، وتعمل بمرونة وديمومة."

قال ماسيك في مجلة Nature Communications: "صمدت الخرسانة الرومانية أمام الزلازل والانفجارات البركانية، ونجت تحت الماء، وقاومت التآكل البيئي القاسي".

على الرغم من أن تقنية الخلط الساخن ساعدت في تفسير الكثير من الغموض المحيط بمتانة الخرسانة الرومانية، إلا أن هذه النتيجة لا تتطابق مع الصيغة الفعلية الموصوفة في رسالة المهندس المعماري فيتروفيوس "De architectura".

جدار في موقع بومبي الأثري، مع تحليل تركيبي مُضاف على اليمين. (صورة: حديقة بومبي الأثرية)

وفقًا لوصف فيتروفيوس، كان لا بد من إطفاء الجير بالماء قبل مزجه مع البوزولان؛ وقد حير هذا التناقض بين السجلات القديمة والأدلة الأثرية العلماء.

تعتبر أعمال فيتروفيوس المصدر الأكثر شمولاً للمعلومات حول العمارة الرومانية وتقنية الخرسانة الرومانية (opus caementicium)، لكن العينات تكشف عن قصة مختلفة تمامًا.

تحت المجهر، أظهرت عينات الملاط الموجودة في الجدار علامات واضحة على الخلط الساخن، وشظايا الجير المتشققة، وطبقة تفاعلية غنية بالكالسيوم تنتشر في جزيئات الرماد البركاني، وبلورات صغيرة من الكالسيت والأراغونيت تتشكل في تجاويف الخفاف.

أكدت مطيافية رامان حدوث تغيرات معدنية، بينما كشف التحليل النظائري عن عمليات الكربنة التي تحدث بمرور الوقت.

تطبيقات الخرسانة ذاتية الإصلاح في العصر الحديث.

ووفقًا لماسيك، فإن النتائج تُظهر أن الرومان قاموا بتحضير المادة الرابطة عن طريق أخذ الجير الحي، وطحنه إلى حجم معين، وخلطه جافًا مع الرماد البركاني، ثم إضافة الماء لإنشاء المادة الرابطة.

ووفقاً للباحثين، يمكن تطبيق هذه المعرفة على إنتاج الخرسانة الحديثة، مما يدل على حكمة أسلافنا.

يُعد الخرسانة الحديثة واحدة من أكثر مواد البناء شيوعًا في العالم، لكنها ليست متينة للغاية وتتدهور بسهولة بعد بضعة عقود فقط.

تُلحق عملية التصنيع ضرراً بالبيئة، وتستهلك الموارد، وتُطلق غازات دفيئة. وقد يُسهم تحسين متانة الخرسانة في جعلها أكثر استدامة.

"إن الطريقة التي تملأ بها الفراغات في المواد البركانية من خلال إعادة التبلور هي شيء مذهل نريد محاكاته. نريد مواد قادرة على إصلاح نفسها ذاتياً"، هذا ما قاله ماسيك.

المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khoa-hoc-da-ly-giai-vi-sao-be-tong-la-ma-ben-vung-gan-2000-nam-20251212000408505.htm