วิทยาศาสตร์ได้อธิบายแล้วว่าเหตุใดคอนกรีตของชาวโรมันจึงคงอยู่ได้เกือบ 2,000 ปี

(หนังสือพิมพ์ดานตรี) - โครงสร้างที่สร้างขึ้นเมื่อเกือบ 2,000 ปีก่อน เป็นหลักฐานเพิ่มเติมที่ไขความลับเบื้องหลังความทนทานของคอนกรีตโรมันโบราณ ซึ่งสามารถยืนหยัดผ่านกาลเวลามาได้

ก่อนที่เมืองปอมเปอีจะล่มสลายตามที่เชื่อกันในปี ค.ศ. 79 นักโบราณคดีได้ค้นพบโครงสร้างที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสมบูรณ์แบบราวกับถูกแช่แข็ง ซึ่งสร้างขึ้นด้วยเทคนิคการก่อสร้างแบบโรมัน อยู่ใต้เถ้าภูเขาไฟที่ฝังกลบมันไว้

ปัจจุบันโดมของวิหารแพนธีออนในกรุงโรมครองสถิติเป็นโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่ใหญ่ที่สุดใน โลก ที่ยังคงหลงเหลืออยู่ (ภาพ: Getty Images)

ที่นี่ พวกเขาพบกองวัสดุที่วางซ้อนกันอย่างเป็นระเบียบ รวมถึงส่วนประกอบที่ใช้ในการผสมคอนกรีตที่มีความทนทานเป็นที่รู้จักกันดี อยู่ด้านหลังอนุสาวรีย์ต่างๆ เช่น วิหารแพนธีออน ซึ่งโดมคอนกรีตเสริมเหล็กขนาดมหึมาตั้งตระหง่านมานานนับพันปี

เทคโนโลยี "การผสมแบบร้อน" เผยให้เห็นถึงสาเหตุเบื้องหลังความทนทานเป็นพิเศษของคอนกรีตโรมัน

เมื่อไม่นานมานี้ การวิเคราะห์ใหม่ล่าสุดได้เปิดเผยว่า ความลับนั้นอยู่ที่เทคนิคที่ นักวิทยาศาสตร์ ด้านวัสดุศาสตร์ Admir Masic จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) เรียกว่า "การผสมร้อน"

วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการผสมส่วนประกอบของคอนกรีตโดยตรง ซึ่งรวมถึงส่วนผสมของเถ้าภูเขาไฟที่มีคุณสมบัติเป็นสารปอซโซลานิกกับปูนขาว ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับน้ำทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากภายในส่วนผสม

เมื่อคอนกรีตทั้งหมดถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูง จะเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่อาจเกิดขึ้นได้หากใช้เพียงปูนขาวอย่างเดียว ทำให้เกิดสารประกอบที่มีลักษณะเฉพาะของสภาวะอุณหภูมิสูง

วัสดุก่อสร้างบางส่วนที่พบในเมืองปอมเปอี (ภาพ: อุทยานโบราณคดีปอมเปอี)

อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะช่วยลดระยะเวลาในการเซ็ตตัวและการแข็งตัวลงอย่างมาก เนื่องจากปฏิกิริยาทุกอย่างเกิดขึ้นเร็วขึ้น ทำให้สามารถก่อสร้างได้อย่างรวดเร็ว

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อนุภาคปูนขาวที่เหลืออยู่ในส่วนผสมทำให้คอนกรีตโรมันมีคุณสมบัติในการ "ซ่อมแซมตัวเอง" จากรอยแตกได้เมื่อเวลาผ่านไป

เมื่อคอนกรีตเกิดรอยแตก รอยแตกมักจะลุกลามไปยังอนุภาคปูนขาว ซึ่งมีพื้นที่ผิวมากกว่าอนุภาคเนื้อเดียวกันอื่นๆ

เมื่อน้ำซึมเข้าไปในรอยแตก มันจะทำปฏิกิริยากับปูนขาว ทำให้เกิดสารละลายที่มีแคลเซียมสูง ซึ่งเมื่อแห้งตัวลงจะก่อตัวเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต อุดรอยแตกและป้องกันไม่ให้รอยแตกขยายตัว

"วัสดุนี้มีคุณค่าทั้งทางประวัติศาสตร์และวิทยาศาสตร์เมื่อได้รับการวิเคราะห์อย่างถูกต้อง มันมีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองได้ในระยะเวลานับพันปี และทำงานได้อย่างยืดหยุ่นและทนทาน"

"คอนกรีตโรมันสามารถทนทานต่อแผ่นดินไหว การระเบิดของภูเขาไฟ อยู่รอดได้ใต้น้ำ และต้านทานการกัดเซาะจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรง" มาซิชกล่าวในวารสาร Nature Communications

แม้ว่าเทคนิคการผสมร้อนจะช่วยอธิบายปริศนามากมายเกี่ยวกับความทนทานของคอนกรีตโรมันได้ แต่ผลการค้นพบนี้ไม่ตรงกับสูตรที่อธิบายไว้ในตำราสถาปัตยกรรมของสถาปนิกวิทรูวิอุส

ภาพด้านขวาเป็นภาพกำแพงในแหล่งโบราณคดีปอมเปอี พร้อมกับการวิเคราะห์องค์ประกอบทางสถาปัตยกรรม (ภาพ: อุทยานโบราณคดีปอมเปอี)

ตามคำอธิบายของวิทรูเวียส ปูนขาวจะต้องถูกทำให้ละลายด้วยน้ำก่อนที่จะนำไปผสมกับปอซโซลาน ความไม่สอดคล้องกันระหว่างบันทึกโบราณและหลักฐานทางโบราณคดีนี้ทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์งุนงงมาโดยตลอด

งานเขียนของวิทรูวิอุสได้รับการยกย่องว่าเป็นแหล่งข้อมูลที่ครอบคลุมที่สุดเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมโรมันและเทคโนโลยีโอปุสซีเมนท์เซียม (คอนกรีตโรมัน) แต่ตัวอย่างที่พบกลับเผยให้เห็นเรื่องราวที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง

เมื่อตรวจสอบตัวอย่างปูนก่อผนังด้วยกล้องจุลทรรศน์ พบว่ามีร่องรอยการผสมที่อุณหภูมิสูงอย่างชัดเจน มีเศษปูนขาวแตกกระจาย ชั้นที่มีแคลเซียมเป็นองค์ประกอบหลักแทรกซึมเข้าไปในอนุภาคเถ้าภูเขาไฟ และมีผลึกแคลไซต์และอาราโกไนต์ขนาดเล็กก่อตัวขึ้นในโพรงของหินภูเขาไฟ

การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีรามานยืนยันการเปลี่ยนแปลงของแร่ธาตุ ในขณะที่การวิเคราะห์ไอโซโทปเผยให้เห็นกระบวนการเกิดคาร์บอเนตที่เกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

การประยุกต์ใช้คอนกรีตซ่อมแซมตัวเองในยุคปัจจุบัน

จากข้อมูลของมาซิช ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าชาวโรมันเตรียมสารยึดเกาะโดยการนำปูนขาวมาบดให้ได้ขนาดที่กำหนด ผสมกับเถ้าภูเขาไฟในสภาพแห้ง แล้วจึงเติมน้ำเพื่อสร้างสารยึดเกาะ

นักวิจัยกล่าวว่า ความรู้เหล่านี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตคอนกรีตสมัยใหม่ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงภูมิปัญญาของบรรพบุรุษของเรา

คอนกรีตสมัยใหม่เป็นหนึ่งในวัสดุก่อสร้างที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลก แต่มีความทนทานไม่มากนักและเสื่อมสภาพได้ง่ายหลังจากใช้งานเพียงไม่กี่ทศวรรษ

กระบวนการผลิตยังก่อให้เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม สิ้นเปลืองทรัพยากร และปล่อยก๊าซเรือนกระจก การปรับปรุงความทนทานของคอนกรีตจะช่วยให้คอนกรีตมีความยั่งยืนมากขึ้น

"กระบวนการเติมเต็มช่องว่างในวัสดุภูเขาไฟด้วยกระบวนการตกผลึกใหม่นั้นเป็นสิ่งที่น่าทึ่งมาก และเราต้องการจำลองกระบวนการนี้ เราต้องการวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้" มาซิกกล่าว

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