המדע הסביר מדוע בטון רומי החזיק מעמד כמעט 2,000 שנה.

(עיתון דן טרי) - מבנה שנבנה לפני כמעט 2,000 שנה מספק עדות נוספת לסוד העמידות של הבטון הרומי העתיק, שעמד במבחן הזמן.

לפני קריסתה לכאורה של פומפיי בשנת 79 לספירה, גילו ארכיאולוגים מבנה "קפוא" שנשמר בצורה מושלמת, המבוסס על טכניקות בנייה רומיות, מתחת לאפר הוולקני שקבר אותו.

כיפת הפנתיאון ברומא מחזיקה כיום בשיא כמבנה הבטון הלא מזוין הגדול ביותר שעדיין קיים בעולם (צילום: Getty Images).

כאן, הם מצאו ערימות מסודרות של חומרים, כולל הרכיבים המשמשים לערבוב הבטון העמיד המפורסם שלו, מאחורי מונומנטים כמו הפנתיאון, שם ניצבת כיפת הבטון הלא מזוין העצומה במשך אלפי שנים.

טכנולוגיית "ערבוב חם" חושפת את הסיבה לעמידות יוצאת הדופן של בטון רומי.

לאחרונה, ניתוח חדש לחלוטין חשף כי הסוד טמון בטכניקה שמדען החומרים אדמיר מאסיק מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) מכנה "ערבוב חם".

שיטה זו כוללת ערבוב ישיר של רכיבי הבטון, כולל תערובת אפר וולקני פוצולני עם סיד חי, אשר מגיב עם מים ויוצר כמות גדולה של חום בתוך התערובת.

כאשר הבטון כולו מחומם לטמפרטורות גבוהות, הוא יוצר תגובות כימיות שלא היו מתרחשות עם סיד בלבד, ויוצרות תרכובות האופייניות לתנאי טמפרטורה גבוהה.

חלק מחומרי הבנייה שנמצאו בפומפיי (צילום: הפארק הארכיאולוגי של פומפיי).

עם זאת, הטמפרטורה המוגברת מקצרת משמעותית את זמן ההתייצבות והריפוי מכיוון שכל התגובות מתרחשות מהר יותר, מה שמאפשר בנייה במהירות גבוהה.

בפרט, חלקיקי הסיד החם שנותרו בתערובת העניקו לבטון הרומי את היכולת "לרפא את עצמו" סדקים לאורך זמן.

כאשר בטון נסדק, הסדקים נוטים להתפשט לחלקיקי הסיד, אשר שטח הפנים שלהם גדול יותר מחלקיקי מטריצה ​​אחרים.

כאשר מים חודרים לסדקים, הם מגיבים עם הסיד ויוצרים תמיסה עשירה בסידן, אשר לאחר ייבוש יוצרת סידן פחמתי, האוטמת את הסדק ומונעת את התפשטותו.

"לחומר הזה יש ערך היסטורי ומדעי כאחד כאשר הוא מפוענח כראוי. יש לו את היכולת לתקן את עצמו במשך אלפי שנים, לתפקד בגמישות ובעמידות."

"בטון רומי עמד ברעידות אדמה, בהתפרצויות געשיות, שרד מתחת למים והתנגד לסחף סביבתי קשה", אמר מאסיק בכתב העת Nature Communications.

למרות שטכניקת הערבוב החם סייעה להסביר חלק ניכר מהתעלומה סביב עמידותו של הבטון הרומי, ממצא זה אינו תואם את הנוסחה בפועל המתוארת בחיבורו של האדריכל ויטרוביוס "De architectura".

קיר באתר בפומפיי וניתוח קומפוזיציה מונח על גבי מימין. (צילום: הפארק הארכיאולוגי של פומפיי)

על פי תיאורו של ויטרוביוס, היה צורך להרוות סיד במים לפני ערבובו עם פוצולן; פער זה בין רישומים עתיקים לראיות ארכיאולוגיות בלבל מדענים.

עבודותיו של ויטרוביוס נחשבות למקור המידע המקיף ביותר על אדריכלות רומית וטכנולוגיית opus caementicium (בטון רומי), אך הדגימות חושפות סיפור שונה לחלוטין.

תחת המיקרוסקופ, דגימות המלט בקיר הראו סימנים ברורים של ערבוב חם, שברי סיד סדוקים, שכבה ריאקטיבית עשירה בסידן שהתפשטה לחלקיקי אפר וולקני, וגבישים זעירים של קלציט וארגוןיט שנוצרו בחללי אבן הספוג.

ספקטרוסקופיית ראמאן אישרה שינוי מינרלי, בעוד שניתוח איזוטופי גילה תהליכי קרבונציה המתרחשים לאורך זמן.

יישומים של בטון בעל יכולת ריפוי עצמי בעידן המודרני.

לדברי מאסיק, התוצאות מראות שהרומאים הכינו את חומר הקישור על ידי לקיחת סיד חי, טחינתו לגודל מסוים, ערבובו יבש עם אפר וולקני, ולאחר מכן הוספת מים ליצירת חומר הקישור.

לדברי חוקרים, ידע זה יכול להיות מיושם בייצור בטון מודרני, ובכך להדגים את חוכמת אבותינו.

בטון מודרני הוא אחד מחומרי הבנייה הפופולריים ביותר בעולם, אך הוא אינו עמיד במיוחד ומתבלה בקלות לאחר מספר עשורים בלבד.

תהליך הייצור פוגע גם בסביבה, צורך משאבים ופולט גזי חממה. שיפור עמידותו של בטון יכול לסייע בהפיכתו לבר-קיימא יותר.

"הדרך שבה החללים בחומר וולקני מתמלאים באמצעות התגבשות מחדש היא משהו מדהים שאנחנו רוצים לשכפל. אנחנו רוצים חומרים שיכולים לרפא את עצמם", שיתף מאסיק.

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