Kami akhirnya tahu mengapa beton Romawi kuno telah teruji oleh waktu: ScienceAlert

Bangsa Romawi kuno adalah pembangun dan insinyur ahli, mungkin yang paling terkenal adalah representasi dari saluran air yang masih berfungsi. Dan keajaiban arsitektur itu didasarkan pada bahan bangunan yang unik: beton pozzolan, bahan yang sangat tahan lama yang memberi kekuatan luar biasa pada struktur Romawi.

Bahkan saat ini, salah satu bangunan mereka – Pantheon, yang masih utuh dan berusia hampir 2.000 tahun – memegang rekor kubah beton tanpa tulangan terbesar di dunia.

Sifat-sifat beton ini umumnya dikaitkan dengan bahan-bahannya: pozzolana, campuran abu vulkanik – dinamai menurut kota Pozzuoli di Italia, di mana endapan besar dapat ditemukan – dan gigi. Ketika dicampur dengan air, kedua bahan tersebut dapat bereaksi menghasilkan beton yang kuat.

Tapi ternyata, itu bukanlah keseluruhan cerita. Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan bahwa tidak hanya bahannya yang sedikit berbeda dari yang kita kira, tetapi teknik yang digunakan untuk mencampurnya juga berbeda.

Pistol asap adalah potongan-potongan kapur putih kecil yang dapat ditemukan di beton yang tampaknya tercampur dengan baik. Kehadiran potongan-potongan ini sebelumnya dikaitkan dengan pencampuran atau material yang buruk, tetapi itu tidak masuk akal bagi ilmuwan material Admir Masic dari MIT.

“Gagasan bahwa keberadaan bongkahan batu kapur ini hanya disebabkan oleh kontrol kualitas yang buruk selalu mengganggu saya,” katanya. kata Masic dalam pernyataan yang dirilis pada Januari 2023.

“Jika orang Romawi berusaha keras untuk membuat bahan bangunan premium, mengikuti semua resep terperinci yang disempurnakan selama berabad-abad, mengapa hanya sedikit usaha untuk memastikan produk akhir tercampur dengan baik? Pasti ada lebih banyak cerita ini.”

Musk dan timnya, yang dipimpin oleh insinyur sipil MIT Linda Seymour, dengan cermat mempelajari sampel beton Romawi berusia 2.000 tahun dari situs arkeologi Privernum di Italia. Sampel-sampel ini menjadi sasaran mikroskop elektron pemindaian area besar, spektroskopi sinar-X dispersif energi, difraksi sinar-X bubuk, dan pencitraan Raman confocal untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang massa berkapur.

Salah satu pertanyaan yang perlu dipertimbangkan adalah sifat kapur yang digunakan. Pemahaman standar tentang beton pozzolan adalah penggunaannya kapur mati. Pertama, batu kapur dipanaskan pada suhu tinggi untuk menghasilkan bubuk kaustik yang sangat reaktif yang disebut Kapur mentahatau kalsium oksida.

Mencampur kapur dengan air menghasilkan kapur mati, atau kalsium hidroksida: pasta yang kurang reaktif dan kurang kaustik. Menurut teori, jeruk nipis inilah yang dicampur oleh orang Romawi kuno dengan pozzolana.

Berdasarkan analisis tim, fraksi berkapur dalam sampel mereka tidak cocok dengan metode ini. Sebagai alternatif, beton Romawi mungkin dibuat dengan mencampurkan kapur secara langsung dengan pozzolana dan air pada suhu yang sangat tinggi, sendiri atau sebagai tambahan kapur mati, sebuah proses yang oleh tim disebut “pencampuran panas” yang mengarah pada pembentukan kapur.

“Manfaat pencampuran panas ada dua,” Kata Musk.

“Pertama, ketika beton agregat dipanaskan pada suhu tinggi, ini memungkinkan kimiawi yang tidak mungkin jika hanya kapur terhidrasi yang digunakan, menghasilkan senyawa terikat suhu tinggi yang tidak akan terbentuk. Kedua, peningkatan suhu ini sangat mengurangi waktu pengawetan dan pengerasan karena Semua reaksi dipercepat, memungkinkan konstruksi lebih cepat.”

Manfaat lain: Jeruk nipis memiliki kemampuan penyembuhan diri yang luar biasa.

Ketika retakan terbentuk pada beton, retakan lebih disukai masuk ke blok berkapur, yang memiliki luas permukaan lebih tinggi daripada partikel lain dalam matriks. Saat air masuk ke dalam retakan, ia bereaksi dengan kapur untuk membentuk larutan kaya kalsium yang mengering dan mengeras sebagai kalsium karbonat, merekatkan retakan dan mencegahnya menyebar lebih jauh.

ini Itu telah diperhatikan Beton dari situs lain berusia 2.000 tahun, makam Caecilia Metella, di mana retakan pada beton telah diisi dengan kalsit. Itu juga bisa menjelaskan mengapa beton Romawi dari tembok laut yang dibangun 2.000 tahun yang lalu tetap utuh selama ribuan tahun meskipun lautan terus menerus dihantam.

Jadi, tim menguji temuan mereka dengan membuat beton pozzolan dari resep kuno dan modern menggunakan kapur tohor. Mereka juga membuat beton kontrol tanpa kapur dan melakukan uji retak. Benar saja, beton kapur yang retak itu benar-benar sembuh dalam waktu dua minggu, tetapi betonnya tetap retak.

Tim tersebut sekarang bekerja untuk memasarkan beton mereka sebagai alternatif yang lebih ramah lingkungan dari beton yang ada.

“Sangat menarik untuk mempertimbangkan bagaimana struktur beton yang lebih tahan lama ini dapat meningkatkan tidak hanya masa pakai material ini tetapi juga bagaimana mereka dapat meningkatkan daya tahan struktur beton cetak 3D,” Kata Musk.

Riset dipublikasikan di Kemajuan ilmu pengetahuan.

Versi artikel ini pertama kali diterbitkan pada Januari 2023.