우리는 고대 로마 콘크리트가 어떻게 수천 년 동안 지속되었는지 마침내 알게 되었습니다.

고대 로마인들은 건축과 공학의 대가였으며 아마도 가장 두드러지게는 수로로 대표될 것입니다. 여전히 작동하는 이 경이로운 건축물은 독특한 건축 자재인 포졸란 콘크리트, 즉 로마 건축물에 놀라운 강도를 부여한 놀랍도록 내구성이 뛰어난 콘크리트에 의존합니다.

오늘날에도 그들의 건물 중 하나인 판테온(판테온)은 거의 2,000년이나 된 것으로 세계 최대의 비보강 콘크리트 돔 기록을 보유하고 있습니다.

이 콘크리트의 특성은 일반적으로 성분에 기인합니다. 화산재 혼합물인 포졸라나(포졸라나가 많이 매장되어 있는 이탈리아 마을 포추올리의 이름을 따서 명명됨)와 라임. 물과 혼합되면 두 재료가 반응하여 강한 콘크리트를 생성할 수 있습니다.

그러나 밝혀진 바와 같이, 그것이 전부는 아닙니다. 2023년 MIT(매사추세츠 공과대학)가 이끄는 국제 연구팀은 재료가 우리가 생각했던 것과 약간 다를 뿐만 아니라 이를 혼합하는 데 사용되는 기술도 다르다는 사실을 발견했습니다.

스모킹 건은 잘 혼합된 콘크리트에서 발견될 수 있는 작은 흰색 석회 조각이었습니다. 이러한 조각의 존재는 이전에는 잘못된 혼합이나 재료로 인해 발생했지만 MIT의 재료 과학자 Admir Masek에게는 이치에 맞지 않았습니다.

“이러한 석회석 블록이 단순히 품질 관리가 좋지 않아 발생한다는 생각이 항상 나를 괴롭혔습니다.” Macek이 말했다. 2023년 1월로 돌아갑니다.

“로마인들이 수세기에 걸쳐 정제된 모든 세부 제조법을 따라 고급 건축 자재를 만드는 데 그토록 많은 노력을 기울였다면, 잘 혼합된 최종 제품을 생산하는 데 왜 그토록 적은 노력을 기울였을까요? 더 많은 노력이 필요합니다. 이 이야기에.”

Macek과 MIT 토목공학자 Linda Seymour가 이끄는 팀은 이탈리아의 Perevernum 고고학 유적지에서 나온 2,000년 된 로마 콘크리트 샘플을 연구했습니다. 이 샘플은 석회질 덩어리에 대한 더 나은 이해를 얻기 위해 대면적 주사 전자 현미경, 에너지 분산형 X선 분광법, 분말 X선 회절 및 공초점 라만 이미징을 실시했습니다.

내 마음 속에 있었던 질문 중 하나는 사용된 석회의 특성이었습니다. 포졸란 콘크리트에 대한 표준적인 이해는 이것이 사용된다는 것입니다. 수화 석회. 첫째, 석회석을 고온에서 가열하여 석회석이라는 반응성이 높은 가성 분말을 생성합니다. 생석회아니면 산화칼슘.

생석회를 물과 혼합하면 소석회 또는 수산화칼슘이 생성됩니다. 이 페이스트는 반응성이 덜하고 부식성이 덜한 페이스트입니다. 이론에 따르면, 고대 로마인들이 포졸라나와 혼합한 것은 바로 이 수화된 석회였습니다.

팀의 분석에 따르면 샘플에서 발견된 석회 블록은 이 방법과 일치하지 않았습니다. 또는 로마 콘크리트는 생석회를 매우 높은 온도에서 포졸라나 및 물과 단독으로 또는 수화석회와 함께 직접 혼합하여 만들어졌을 수 있습니다. 이 과정을 연구팀은 석회 부스러기를 생성하는 “열간 혼합”이라고 부릅니다.

“뜨거운 혼합의 이점은 두 가지입니다.” Macek이 말했다..

“첫째, 골재 콘크리트를 고온으로 가열하면 수화석회만 사용하는 경우에는 불가능한 화학 작용이 일어나 다른 방법으로는 형성할 수 없는 고온 결합 화합물이 생성됩니다. 둘째, 온도가 상승하면 경화 및 경화 시간이 극적으로 감소합니다. 모든 반응이 가속화되기 때문에 경화 시간이 단축되어 훨씬 빠른 건설이 가능해집니다.”

또 다른 이점이 있습니다. 석회 부스러기는 콘크리트에 놀라운 자가 치유 능력을 부여합니다.

콘크리트에 균열이 생기면 매트릭스의 다른 입자보다 표면적이 더 큰 석회 블록으로 우선적으로 이동합니다. 물이 균열에 들어가면 석회와 반응하여 탄산칼슘처럼 건조되고 경화되는 칼슘이 풍부한 용액을 형성하여 균열을 다시 붙들어 더 이상 퍼지는 것을 방지합니다.

이것 주목받았어요 또 다른 2,000년 된 유적지의 콘크리트에는 세실리아 메텔라(Cecilia Metella)의 무덤이 있는데, 콘크리트 균열은 방해석으로 채워졌습니다. 이는 또한 2,000년 전에 건설된 방파제에서 나온 로마 콘크리트가 바다의 끊임없는 충격에도 불구하고 수천 년 동안 그대로 남아 있는 이유를 설명할 수도 있습니다.

그래서 팀은 생석회를 사용하여 고대 및 현대 조리법으로 포졸란 콘크리트를 만들어 결과를 테스트했습니다. 생석회를 사용하지 않은 대조콘크리트를 만들고 균열시험도 실시했다. 물론, 균열된 석회석 콘크리트는 2주 만에 완전히 양생되었으나 대조 콘크리트는 균열이 남아있었다.

팀은 이제 현재 콘크리트에 대한 보다 환경 친화적인 대안으로 콘크리트를 판매하기 위해 노력하고 있습니다.

“이러한 내구성이 뛰어난 콘크리트 구성 요소가 재료의 사용 수명을 어떻게 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 3D 프린팅 콘크리트 구성 요소의 내구성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 생각하는 것은 매우 흥미로운 일입니다.” Macek이 말했다..

이 연구는 과학의 발전.

이 기사의 버전은 2023년 1월에 처음 게시되었습니다.