مقبره یک زن نجیب زاده رومی اسرار دوام در بتن باستانی را فاش می کند


خبر – به مرور زمان ، بتن ترک می خورد و فرو می ریزد. خوب، مهندسی بتن ترک می خورد و خرد می شود. سازه های ساخته شده در روم باستان هنوز پابرجا هستند و با وجود شرایطی که بتن مدرن را تخریب می کنند ، دوام بسیار خوبی از خود نشان می دهند.

یکی از این سازه ها ، آرامگاه استوانه ای شکل بزرگ نجیب زاده قرن اول کاسیاس متلا است. تحقیقات جدید نشان می دهد که به دلیل فعل و انفعالات شیمیایی غیرمعمول با سنگدانه های آتشفشانی و باران و آبهای زیرزمینی که توسط سازندگان در طول دو هزاره انتخاب شده است ، کیفیت بتن سنگ قبر آن ممکن است بالاتر از معاصر آن باشد.

ماری جکسون ، استادیار زمین شناسی و ژئوفیزیک در دانشگاه یوتا گفت: “ساخت این بنای تاریخی و یادگار بسیار نوآور و با دوام در Via Appia Antica گواهی بر ارزش بالای آن است.”

این مطالعه در مجله انجمن سرامیک آمریکا منتشر شد و بخشی از آن توسط برنامه ARPA-e وزارت انرژی ایالات متحده تحت عنوان “Cement Materials Extreme Durability” تأمین می شود.

کیسیلیا متلا کی بود؟

مقبره Caecilia Metella یک بنای باستانی در Via Appia Antica است که به عنوان راه Appian در روم باستان نیز شناخته می شود. این برج شامل یک برج درام شکل ، 21 فوت ارتفاع و 29 فوت قطر است که بر پایه مربعی قرار دارد. این بنا در دهه 30 قبل از میلاد ، زمانی که جمهوری روم تحت فرمان امپراتور آگوستوس تبدیل به امپراتوری روم شد ، در 27 سال قبل از میلاد مسیح یکی از بهترین آثار حفظ شده در جاده آپین است (قلعه ای که بر روی آرامگاه ساخته شده است در قرن 14 ساخته شده است).

خود کاسیاس عضو یک خانواده ثروتمند ، دختر کنسول روم بود. او با مارکوس لنوس کراسوس ، ژنرال و سیاستمدار رومی ازدواج کرد که با ژولیوس سزار و پومپی یک اتحاد تثلیث معروف تشکیل داد.

اطلاعات زیادی درباره زندگی کیسیلیا در دست نیست ، اما اندازه ثابت مقبره او قرن ها توجه بازدیدکنندگان را به خود جلب کرده است ، از جمله لرد بایرون ، که در اوایل دهه 1800 در مورد زیارت چایلد هارولد در مورد مقبره نوشت. بایرون پس از توصیف ساختار شبیه به قلعه ، می پرسد:

“این برج قدرت چه بود؟ داخل غار آن
چه گنجی اینقدر قفل شده و پنهان شده است؟ “این قبر زنان است.”

جکسون در سال 2006 با اجازه باستان شناسان Dottoressa Lisa Gianmichele و Soprintendenza Archeologia di Roma از قبر دیدن کرد تا نمونه های کوچک آهک را تجزیه و تحلیل کند.

او می گوید: “در ماه ژوئن یک روز بسیار گرم بود ،” اما وقتی از راهروی قبر پایین رفتیم هوا بسیار سرد و مرطوب بود. این دیوارهای آجری فشرده ، جامد و تقریباً کاملاً حفظ شده و خروج سنگهای آتشفشانی اشباع از آب در زیر ساختمان را نشان می دهد.

وی افزود: “فضا بسیار آرام بود ، به جز تکان خوردن کبوترها در مرکز باز ساختار دایره.”

بتن رومی چیست؟

قبل از ورود به داده ها ، بیایید نگاهی به اصطلاحات مشخص بیندازیم. در هر پیاده رو قدم بزنید تا متوجه شوید که بتن از سنگدانه (ماسه سنگی و شن) و یک سیمان چسباننده ساخته شده است. سیمان در روسازی های امروزی احتمالاً سیمان پرتلند است که از حرارت دادن مواد معدنی آهک و خاک رس در کوره برای ایجاد کلینکر ، سنگ زنی کلینکر و افزودن مقدار کمی گچ تولید می شود.

مقبره نمونه ای از فناوری پیشرفته سازه های بتنی بدون سیمان در دوره جمهوری جمهوری روم است. این فناوری توسط معمار ویتروویوس در هنگام ساخت مقبره کاسیاس متلا توصیف شد. ساخت دیوارهای ضخیم از سنگ های آجری درشت یا سنگ های آتشفشانی متصل به آهک که با آهک هیدراته و بالای آتشفشانی (قطعات متخلخل شیشه و کریستال در نتیجه انفجارهای انفجاری) متصل شده اند “برای مدت طولانی تبدیل به ویرانه نمی شود”. “

به گفته ویتروویوس ، امروزه بسیاری از بناهای رومی وجود دارد ، از جمله بازار تراژان (100-110 قبل از میلاد ، بیش از یک قرن قبل از مقبره ساخته شده است) و داربست ها و برجستگی هایی که توسط جکسون و همکارانش مورد مطالعه قرار گرفته است.با ساختارهای دریایی مانند امواج تأیید شده است. به

رومیان باستان نمی دانستند ، اما بلورهای ماده معدنی لوسیت غنی از پتاسیم در سنگدانه های آتشفشانی با گذشت زمان حل شده و تجمع بتن را به طور مفیدی تغییر می دهد.

برای درک ساختار معدنی بتن ، محققان موسسه فناوری جکسون ماساچوست با لیندا سیمور و Admir Masik و Lawrence Berkeley در آزمایشگاه ملی Nobumichi Tamura همکاری کردند. آنها ریزساختار بتن را با استفاده از ابزارهای علمی قوی مورد مطالعه قرار دادند.

Tamura ، خط تشعشع پیشرفته 12.3 منبع نور می گوید: “نمونه هایی مانند آهک باستانی بسیار متنوع و پیچیده هستند و اندازه دانه از مخلوطی از فازهای مختلف کریستالی از چند میکرومتر تا چند نانومتر تشکیل شده است.” 2 به گفته وی ، برای تعیین مواد معدنی مختلف در نمونه و همچنین جهت آنها ، به ابزاری مانند “خط پرتو میکرو فیبر که اشعه ایکس مداد با اندازه میکرون ، بسیار روشن و پرانرژی تولید می کند” نیاز دارید. از کل ضخامت نمونه ها عبور می کند ، که ابزار کاملی برای چنین تحقیقاتی است. “

سیمور ، که به عنوان نامزد علوم در این مطالعه شرکت کرد. او دانشجوی MIT و در حال حاضر مشاور پروژه با شرکت مهندسی سیمپسون ، گامپرتز و هگر ، تجزیه و تحلیل های بیشتری روی نمونه ها انجام داد.

او می گوید: “هر یک از ابزارهایی که ما استفاده کردیم فرایندهای آهک را روشن کرد.” اسکن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی ریز ساختارهای آهک را در مقیاس میکرون نشان داد. طیف سنجی اشعه ایکس با پراکندگی انرژی عناصر تشکیل دهنده هر بلوک ساختمان را نشان داد. او می گوید: “این اطلاعات به ما امکان می دهد تا مناطق مختلف آهک را به سرعت کشف کنیم و می توانیم اجزای سازنده ای را انتخاب کنیم که مربوط به سوالات ما باشد.” به گفته وی ، این ترفند این است که با هر ابزار دقیقاً به همان واحد ساختمانی ضربه بزنید ، اگر هدف فقط به عرض مو باشد.

چرا بتون در آرامگاه کاسیاس بسیار منحصر به فرد است؟

روی دیوارهای بتنی ضخیم مقبره Caecilia Metella ، آهک (گاز گرم و گازهای فشرده از آتشفشان Alban-Hills در مجاورت آن) که قله آتشفشانی جریان آتشفشانی Pozzolane Rosse در مجاورت آن را پوشانده است ، تکه های بزرگی از سنگدانه های آجر و گدازه را به هم متصل می کند. این آهکی است که پس از 120 سال در دیوارهای بازار تراژان مورد استفاده قرار گرفت.

در تجزیه و تحلیل قبلی از بازار آهک تراژان ، جکسون ، تامورا و همکارانشان “حذف” آهک را مطالعه کردند ، یک سازه بنام مرحله اتصال CASH (کلسیم-آلومینیوم-سیلیکات-هیدرات) ، و همچنین یک ماده معدنی به نام استرتلینگیت. به کریستال های استرتلینگیت از گسترش ترک های ریز در ملات جلوگیری کرده و از اتصال آنها به یکدیگر و شکستن ساختار بتنی جلوگیری می کند.

اما Caecilia Metella بیشتر در لوسیت غنی از پتاسیم tepra بود که رومی ها برای آهک استفاده می کردند. در طول قرنها ، باران و آبهای زیرزمینی از طریق دیوارهای قبرها لوسیت را ذوب کرده و پتاسیم را به داخل آهک دفع کردند. در بتن مدرن ، چنین سیل پتاسیمی طیف وسیعی از ژل ها را ایجاد می کند که منجر به ترک خوردگی و در نهایت خرابی و خرابی ساختار می شود.

در مقبره ، با این حال ، CASH پتاسیم با حل شدن مرحله اتصال دوباره پیکربندی شد. سیمور گفت ریز پراش اشعه ایکس و طیف سنجی رامان به آنها این امکان را می دهد تا نحوه تغییر آهک را مطالعه کنند. او می گوید: “ما پس از سال 2050 شاهد دامنه های CASH بدون اختلال بودیم ، برخی از آنها جدا شده بودند ، برخی از نظر ریخت شناسی متفاوت بودند.” ریز پراش اشعه ایکس ، به ویژه ، تجزیه و تحلیل میدان های هوشمند تا ساختار اتمی را ممکن ساخته است. او می گوید: “ما می بینیم که دامنه های حیله گر دارای ماهیت نانو کریستالی هستند.”

جکسون گفت که حوزه های بازسازی شده “به وضوح نشان می دهد که اجزای اتصال قوی در بتن ایجاد می کنند.” در این ساختارها ، بر خلاف بازارهای تراژان ، استراتلینگیت کمتر شکل می گیرد.

استفانو رواسکیو ، باستان شناس ، مسئول قبر ، می گوید این تحقیق در درک سایر سازه های بتنی باستانی و تاریخی که از سنگدانه Pozzolane Rosse استفاده می کنند ، اهمیت زیادی دارد.

Admir Masich ، دانشیار گروه مهندسی عمران و مهندسی محیط زیست در MIT ، گفت که ارتباط بین سنگدانه ها و ملات های هر بتن پایه ای برای استحکام سازه است. وی گفت که واکنشهای قلیایی-سیلیکونی در بتن مدرن ، ژلهای پهن ایجاد می کند که می تواند سطح سختی حتی سخت ترین بتن را نیز مختل کند.

“همانطور که معلوم است ، مناطق مشترک در بتن روم باستان آرامگاه Caecilia Metella دائماً از طریق بازسازی طولانی مدت تغییر می کند. از مواد باستانی.”

آیا امروز می توانیم این اثر را بازیابی کنیم؟

جکسون و همکارانش در تلاشند برخی از دستاوردهای رومیان را در بتن مدرن تکرار کنند ، به ویژه در پروژه ARPA-e وزارت انرژی ایالات متحده ، جایی که از سنگدانه های واکنشی مشابه مفید در بتن برای جایگزینی تپه های قدیمی استفاده می شد. ساختارهای رومی به گفته ARPA-e ، هدف این است که میزان اتلاف انرژی تولید و نصب بتن شبیه روم را تا 85 درصد کاهش داده و عمر 50 ساله بتن دریایی مدرن را چهار برابر افزایش دهیم.

مسیچ می گوید: “تمرکز بر طراحی بتن مدرن که به طور دائمی مناطق بین سطحی را تقویت می کند ، می تواند استراتژی دیگری برای بهبود مقاومت مصالح ساختمانی مدرن به ما ارائه دهد.” “انجام این کار با ترکیب” حکمت رومی “اثبات شده زمان ، یک استراتژی پایدار را فراهم می کند که طول عمر راه حل های مدرن ما را افزایش می دهد.”

مطالعه کامل را در اینجا بیابید.



دیدگاهتان را بنویسید