Kita akhirnya tahu bagaimana beton Romawi kuno bisa bertahan ribuan tahun: ScienceAlert

Bangsa Romawi kuno adalah ahli konstruksi dan teknik, mungkin yang paling menonjol adalah saluran air. Keajaiban yang masih berfungsi ini bergantung pada bahan bangunan unik: beton pozzolan, beton luar biasa tahan lama yang memberikan 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 disebabkan oleh bahan-bahannya: pozzolana, campuran abu vulkanik – dinamai berdasarkan nama kota Pozzuoli di Italia, tempat ditemukannya endapan abu vulkanik dalam jumlah besar – dan jeruk nipis. Jika dicampur dengan air, kedua material tersebut dapat bereaksi sehingga menghasilkan beton yang kuat.

Namun ternyata, itu bukanlah keseluruhan cerita. Dan pada tahun 2023, tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan bahwa bahannya tidak hanya sedikit berbeda dari yang kita duga, namun teknik yang digunakan untuk mencampurkannya juga berbeda.

Senjata pengasapnya adalah potongan-potongan kecil kapur putih yang dapat ditemukan pada beton yang tampaknya tercampur dengan baik. Kehadiran potongan-potongan ini sebelumnya telah dikaitkan dengan pencampuran atau bahan yang buruk, namun hal ini tidak masuk akal bagi ilmuwan material Admir Masek dari MIT.

“Gagasan bahwa keberadaan balok-balok batu kapur ini hanya karena kontrol kualitas yang buruk selalu mengganggu saya.” ujar Macek Kembali pada Januari 2023.

“Jika orang-orang Romawi berupaya keras untuk membuat bahan bangunan premium, mengikuti semua resep terperinci yang telah disempurnakan selama berabad-abad, mengapa mereka hanya melakukan sedikit upaya untuk memastikan produk akhir yang tercampur dengan baik dapat dihasilkan? untuk cerita ini.”

Macek dan timnya, yang dipimpin oleh insinyur sipil MIT Linda Seymour, mempelajari sampel beton Romawi berusia 2.000 tahun dari situs arkeologi Perevernum di Italia. Sampel-sampel ini dilakukan pemindaian mikroskop elektron area luas, 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 di benak saya adalah sifat kapur yang digunakan. Pemahaman standar tentang beton pozzolan adalah kegunaannya Kapur. Pertama, batu kapur dipanaskan pada suhu tinggi untuk menghasilkan bubuk kaustik yang sangat reaktif yang disebut batu kapur Kapur mentahAtau kalsium oksida.

Mencampur kapur tohor dengan air menghasilkan kapur sirih, atau kalsium hidroksida: pasta yang kurang reaktif dan tidak terlalu pedas. Menurut teori, kapur terhidrasi inilah yang dicampurkan oleh orang Romawi kuno dengan pozzolana.

Berdasarkan analisis tim, balok kapur yang ditemukan pada sampel mereka tidak sesuai dengan metode tersebut. Sebagai alternatif, beton Romawi mungkin dibuat dengan mencampurkan kapur tohor secara langsung dengan pozzolana dan air pada suhu yang sangat tinggi, baik secara terpisah atau dengan kapur terhidrasi, sebuah proses yang oleh tim disebut sebagai “pencampuran panas” yang menghasilkan remah-remah kapur.

“Manfaat pencampuran panas ada dua.” ujar Macek.

“Pertama, ketika beton agregat dipanaskan hingga suhu tinggi, hal ini memungkinkan terjadinya reaksi kimia yang tidak mungkin terjadi jika Anda hanya menggunakan kapur terhidrasi, menciptakan senyawa terikat pada suhu tinggi yang tidak dapat terbentuk sebaliknya. Kedua, peningkatan suhu ini secara drastis mengurangi proses pengawetan dan pengawetan. waktu pengerasan karena semua reaksi dipercepat, memungkinkan konstruksi lebih cepat.”

Ini memiliki manfaat lain: remah kapur memberi beton kemampuan luar biasa untuk menyembuhkan diri sendiri.

Ketika retakan terbentuk pada beton, retakan tersebut cenderung berpindah ke balok kapur, yang memiliki luas permukaan lebih tinggi dibandingkan partikel lain dalam matriks. Ketika air masuk ke dalam retakan, ia bereaksi dengan kapur untuk membentuk larutan kaya kalsium yang mengering dan mengeras seperti kalsium karbonat, merekatkan kembali retakan tersebut dan mencegahnya menyebar lebih jauh.

ini Hal itu telah diperhatikan Di beton dari situs berusia 2.000 tahun lainnya, makam Cecilia Metella, di mana retakan pada betonnya diisi dengan kalsit. Hal ini juga bisa menjelaskan mengapa beton Romawi dari tembok laut yang dibangun 2.000 tahun lalu tetap utuh selama ribuan tahun meskipun ada hantaman laut yang terus-menerus.

Maka, tim menguji temuannya dengan membuat beton pozzolan dari resep kuno dan modern dengan menggunakan kapur tohor. Mereka juga membuat beton kendali tanpa kapur tohor dan melakukan uji retak. Benar saja, beton batu kapur yang retak sembuh total dalam waktu dua minggu, namun beton kontrol tetap retak.

Tim tersebut kini berupaya memasarkan beton mereka sebagai alternatif yang lebih ramah lingkungan dibandingkan beton yang ada saat ini.

“Sangat menarik untuk memikirkan bagaimana komposisi beton yang lebih tahan lama ini tidak hanya dapat meningkatkan masa pakai material ini, tetapi juga bagaimana komposisi tersebut dapat meningkatkan ketahanan komposisi beton cetak 3D.” ujar Macek.

Penelitian ini dipublikasikan di Kemajuan ilmu pengetahuan.

Versi artikel ini pertama kali diterbitkan pada Januari 2023.