การค้นพบความลับที่ช่วยให้คอนกรีตของโรมันอยู่ได้นานนับพันปี

คอนกรีตซ่อมแซมตัวเอง

คอนกรีตเป็นวัสดุหลักของการก่อสร้างสมัยใหม่ส่วนใหญ่ แต่เมื่อเทียบกับความทนทานอันน่าทึ่งของอนุสรณ์สถานโบราณอย่างโคลอสเซียมหรือวิหารแพนธีออน คอนกรีตในปัจจุบันมีอายุการใช้งานสั้นกว่ามากและจำเป็นต้องได้รับการซ่อมแซมอยู่เสมอ อะไรคือสิ่งที่สร้างความแตกต่าง?

งานวิจัยใหม่จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT, สหรัฐอเมริกา) เปิดเผยความลับที่ซ่อนอยู่ลึกลงไปในบล็อกคอนกรีตโรมันโบราณ นั่นก็คือความสามารถในการรักษาตัวเอง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ดูเหมือนจะมีอยู่เฉพาะในนิยาย วิทยาศาสตร์ เท่านั้น

Phát hiện bí mật giúp bê tông La Mã bền hàng nghìn năm - 1 — โคลอสเซียมแห่งโรมันยังคงตั้งตระหง่านอยู่แม้เวลาจะผ่านไปหลายพันปี (ภาพ: Archdaily)

ทีมวิจัยได้วิเคราะห์ตัวอย่างคอนกรีตที่เก็บมาจากซากกำแพงเมืองโบราณในพรีเวอร์นุม (อิตาลี) ผลการวิจัยพบว่าแม้ส่วนผสมหลักจะยังคงเป็นวัสดุที่คุ้นเคย เช่น เถ้าภูเขาไฟปอซโซลานา หินทัฟฟ์ และปูนขาว แต่กลับพบผลึกสีขาวขนาดเล็กอยู่ภายใน ซึ่งก่อนหน้านี้เชื่อว่าเป็น "ความผิดพลาดในการผสม"

ที่จริงแล้ว ตัวปูนขาวเองต่างหากที่เป็นกุญแจสำคัญ เมื่อคอนกรีตแตกร้าวและน้ำซึมเข้าไป เกล็ดปูนขาวที่ยังไม่ผ่านการทำปฏิกิริยาจะกระตุ้นกระบวนการทางเคมีทันที ก่อให้เกิดสารละลายแคลเซียมอิ่มตัว

จากนั้นสารละลายจะตกผลึกเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต ซึ่งเป็นสารประกอบที่สามารถอุดรอยแตกและยึดอนุภาควัสดุโดยรอบเข้าด้วยกันได้ ด้วยวิธีนี้ คอนกรีตจะ "ปะ" โครงสร้างโดยไม่ต้องอาศัยการแทรกแซงจากมนุษย์

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ คล้ายกับวิธีที่ร่างกายมนุษย์รักษาบาดแผลบนผิวหนัง ทีมวิจัยระบุว่า นี่เป็นลักษณะที่หาได้ยากยิ่งในวัสดุก่อสร้าง นั่นคือกลไก “ซ่อมแซมตัวเองทางเคมี”

วิธีการผลิตที่แตกต่างกัน

ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือเทคนิคที่ใช้ทำคอนกรีต แทนที่จะใช้ปูนขาว (ปูนขาวผสมกับน้ำ) ชาวโรมันอาจใช้วิธีผสมแบบร้อน พวกเขาเติมปูนขาวลงในส่วนผสมของมวลรวมและเถ้าปอซโซลานาโดยตรง แล้วจึงเติมน้ำ

Phát hiện bí mật giúp bê tông La Mã bền hàng nghìn năm - 2 — ภาพขยายนี้แสดงวัสดุประสานแคลเซียมอะลูมิโนซิลิเกต (CASH) ที่เกิดขึ้นเมื่อเถ้าภูเขาไฟและปูนขาวทำปฏิกิริยากับน้ำทะเล ผลึกแพลตตินัมของอัลโทเบอร์โมไรต์เติบโตภายในเมทริกซ์ประสานของ CASH (ภาพ: Getty)

ปฏิกิริยาความร้อนที่เกิดจากกระบวนการนี้จะสร้างเศษปูนที่ยังไม่สลายตัวซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งสำรองแคลเซียม

หลังจากผ่านไปหลายสิบหรือหลายร้อยปี เมื่อบล็อกคอนกรีตแตกร้าวเนื่องจากสภาพอากาศ แผ่นดินไหว หรือภาระ แหล่งสะสมแคลเซียมเหล่านี้จะถูกกระตุ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้

การค้นพบนี้ไม่เพียงช่วยอธิบายว่าเหตุใดโครงสร้างโรมันจึงคงอยู่มาเป็นเวลาหลายพันปีเท่านั้น แต่ยังเปิดทิศทางใหม่ๆ ให้กับอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้างสมัยใหม่ด้วย

ศาสตราจารย์ Admir Masic หัวหน้าทีมวิจัยที่ MIT กล่าวว่า หากเทคโนโลยีซ่อมแซมตัวเองนี้ถูกสร้างใหม่และนำมาประยุกต์ใช้กับคอนกรีตสมัยใหม่ เราก็จะสามารถยืดอายุการใช้งานของอาคาร ลดต้นทุนการซ่อมแซมได้อย่างมาก และที่สำคัญที่สุดคือ ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้

ปัจจุบันอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์มีส่วนรับผิดชอบต่อการปล่อยก๊าซคาร์บอนทั่วโลกประมาณ 8% ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการผลิต การขนส่ง และการบำรุงรักษาอาคาร การพัฒนาคอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้เช่นเดียวกับชาวโรมันโบราณ อาจช่วยเปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้ได้

แม้ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุขั้นสูงหรือห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่ซับซ้อน แต่เทคนิคโบราณก็ยังคงแสดงให้เห็นถึงพลังอันเหนือกาลเวลา และบางครั้ง เพื่อก้าวไปข้างหน้า มนุษยชาติก็ถูกบังคับให้มองย้อนกลับไปถึงสิ่งที่บรรพบุรุษของเราได้ทิ้งไว้เบื้องหลัง

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-bi-mat-giup-be-tong-la-ma-ben-hang-nghin-nam-20250728070224281.htm