DEMET İLCE / MUHABİR
Bugün bile yapılarından biri olan Pantheon, hâlâ sağlam ve yaklaşık 2000 yıllık, dünyanın en büyük takviyesiz beton kubbesi rekorunu elinde tutuyor.
Bu betonun özellikleri genel olarak içeriğindeki maddelere atfedilir: önemli miktarda bulunabilen İtalya'nın Pozzuoli kentinden adını alan volkanik kül karışımı puzolan ve kireç. Su ile karıştırıldığında iki malzeme reaksiyona girerek güçlü beton üretebilir.
Ancak görünen o ki hikayenin tamamı bu değil. 2023 yılında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, malzemelerin yalnızca düşündüğümüzden biraz farklı olmadığını, aynı zamanda bunları karıştırmak için kullanılan tekniklerin de farklı olduğunu buldu.
Dumanı tüten silahlar, normalde iyi karıştırılmış beton gibi görünen şeyin içinde bulunabilen küçük, beyaz kireç parçalarıydı. Bu parçaların varlığı daha önce zayıf karışıma veya malzemelere atfedilmişti ancak bu, MIT'den malzeme bilimcisi Admir Masic'e mantıklı gelmiyordu.
Ocak 2023'te Masic, "Bu kireç parçacıklarının varlığının düşük kalite kontrolüne atfedildiği fikri beni her zaman rahatsız etti" dedi.
"Romalılar olağanüstü bir inşaat malzemesi yapmak için bu kadar çok çaba harcadılarsa ve yüzyıllar boyunca optimize edilmiş tüm ayrıntılı tarifleri takip ettilerse, iyi karıştırılmış bir nihai ürünün üretilmesini sağlamak için neden bu kadar az çaba harcasınlar ki? Bu hikayede daha fazlası olmalı."
Masic ve MIT inşaat mühendisi Linda Seymour liderliğindeki ekip, İtalya'daki Privernum arkeolojik alanından alınan 2.000 yıllık Roma betonu örneklerini dikkatle inceledi. Bu numuneler, kireç parçacıklarını daha iyi anlamak için geniş alanlı taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisine, toz X-ışını kırınımına ve eş odaklı Raman görüntülemeye tabi tutuldu.
Akıllardaki sorulardan biri de kullanılan kirecin niteliğiydi. Puzolanik betonun standart anlayışı sönmüş kireç kullanılmasıdır. İlk olarak kireç taşı, sönmemiş kireç veya kalsiyum oksit adı verilen oldukça reaktif bir kostik toz üretmek için yüksek sıcaklıklarda ısıtılır.
Sönmemiş kirecin suyla karıştırılması sönmüş kireç veya kalsiyum hidroksit üretir: biraz daha az reaktif, daha az kostik bir macun. Teoriye göre, eski Romalıların puzolanla karıştırdığı şey bu sönmüş kireçti.
Ekibin analizine göre numunelerindeki kireç parçacıkları bu yöntemle tutarlı değil. Daha ziyade, Roma betonu muhtemelen sönmemiş kirecin doğrudan puzolan ve su ile aşırı yüksek sıcaklıklarda kendi başına veya sönmüş kirece ek olarak karıştırılmasıyla yapılmıştır; bu, ekibin "sıcak karıştırma" adını verdiği ve kireç parçacıklarıyla sonuçlanan bir işlemdir.
Masic, "Sıcak karıştırmanın faydaları iki yönlüdür" dedi.
"Birincisi, betonun tamamı yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında, yalnızca sönmüş kireç kullanıldığında mümkün olmayan kimyalara olanak tanır ve aksi takdirde oluşmayacak yüksek sıcaklıkla ilişkili bileşikler üretilir. İkincisi, bu artan sıcaklık kürlenmeyi ve sertleşmeyi önemli ölçüde azaltır. Tüm reaksiyonlar hızlandırıldığından bu yana çok daha hızlı inşaat mümkün oluyor."
Ve başka bir faydası daha var: Kireç parçacıkları betona dikkate değer kendi kendini iyileştirme yetenekleri kazandırıyor.
Betonda çatlaklar oluştuğunda, bunlar tercihen matristeki diğer parçacıklardan daha yüksek yüzey alanına sahip olan kireç parçacıklarına doğru hareket eder. Su çatlağa girdiğinde kireçle reaksiyona girerek kalsiyum açısından zengin bir çözelti oluşturur, bu çözelti kalsiyum karbonat olarak kurur ve sertleşir, çatlağı tekrar birbirine yapıştırır ve daha fazla yayılmasını önler.
Bu, betondaki çatlakların kalsit ile doldurulduğu 2.000 yıllık başka bir alan olan Caecilia Metella Mezarı'ndaki betonda gözlemlenmiştir. Bu aynı zamanda, 2000 yıl önce inşa edilen deniz duvarlarından elde edilen Roma betonunun, okyanusun sürekli tahribatına rağmen neden bin yıl boyunca bozulmadan hayatta kaldığını da açıklayabilir.
Böylece ekip, sönmemiş kireç kullanarak eski ve modern tariflerden puzolanik beton yaparak bulgularını test etti. Ayrıca sönmemiş kireçsiz kontrol betonu yaptılar ve çatlak testleri yaptılar. Tabii ki, çatlamış sönmemiş kireç betonu iki hafta içinde tamamen iyileşti, ancak kontrol betonu çatlak kaldı.
Ekip şu anda betonlarını mevcut betonlara daha çevre dostu bir alternatif olarak ticarileştirmeye çalışıyor.
Masic, "Bu daha dayanıklı beton formülasyonlarının, yalnızca bu malzemelerin hizmet ömrünü uzatmakla kalmayıp, aynı zamanda 3D baskılı beton formülasyonlarının dayanıklılığını da nasıl artırabileceğini düşünmek heyecan verici" dedi.