2.000 yıllık Roma beton örnekleri titizlikle incelendi. Kireç parçacıklarının doğasını daha iyi anlamak amacıyla, elektron mikroskobu, enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, toz X-ışını kırınımı ve konfokal Raman görüntüleme teknikleri kullanıldı.
WASHINGTON – Antik Romalılar, özellikle su kemerleri gibi yapılarıyla inşaat ve mühendislik alanında oldukça yetkin birer ustaydılar. Günümüzde hala işlevselliğini sürdüren bu tarihi yapılar, muhteşem derecede dayanıklı bir inşaat malzemesine, puzolanik betona dayanmaktadır. Bu malzeme, Roma yapılarına sağladığı olağanüstü dayanıkllık ile tanınmaktadır.
Halen ayakta duran ve yaklaşık 2.000 yıllık olan Pantheon, dünyanın en büyük takviyesiz beton kubbesine sahiptir.
Roma’daki Pantheon
Puzolanik betonun dayanıklılığı genellikle yapı malzemelerinin içeriğine bağlıdır: volkanik kül ve kireç karışımından oluşan puzolan, İtalya’nın Pozzuoli şehrinden adını alır. Suyla birleştiğinde bu malzemeler güçlü bir beton haline gelir.
Ancak, bu hikaye daha fazlasını içeriyor. 2023’te Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) önderliğindeki uluslararası bir araştırma grubu, Romano betonunun içeriklerinin düşündüğümüzden farklı olabileceği ve karıştırma tekniklerinin de hepsinin bilinen yöntemlerden farklı olduğunu keşfetti.
Betondaki beyaz kireç parçaları, ilk olarak malzemelerin kötü karıştırıldlığına bağlı olarak düşünülmüş ancak MIT’den malzeme bilimcisi Admir Masic bu varsayımı sorguladı.
Masic, Ocak 2023’te yapılan bir açıklamada, “Kireç parçacıklarının yalnızca düşük kaliteli bir kontrolle açıklanması fikrinin beni rahatsız ettiğini” dile getirdi.
“Eğer Romalılar, yakından takip ettikleri ayrıntılı tariflerle harika bir yapı malzemesi oluşturmak için bu kadar çaba sarf ettiyse, final ürününü iyi karıştırmak için o kadar az gayret göstermeleri mantıksız. Hikayenin daha fazla kısmı olmalı.” şeklinde konuştu.
Masic ve MIT inşaat mühendisi Linda Seymour’un liderlik ettiği ekip, İtalya’nın Privernum bölgesinden alınan 2.000 yıllık Roma beton örneklerini detaylıca incelemeye adadı.
Bu örneklere kireç parçacıkları üzerine daha iyi bilgi elde etmek için geniş alan taramalı elektron mikroskobu, enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, toz X-ışını kırınımı ve konfokal Raman görüntüleme yöntemleri uygulandı.
Analizler sırasında, ekibin şüphe duyduğu konulardan biri kullanılan kirecin doğasıydı. Puzolanik betonun genel olarak sönmüş kireçten yapıldığı kabul edilmiştir. Sönmemiş kireç, yüksek sıcaklıklarda kireç taşının işlenmesiyle elde edilen oldukça reaktif bir bileşiktir.
Suyla etkileşime geçtiğinde, sönmüş kireç ya da kalsiyum hidroksit oluşmakta; bu oluşum, antik Romalılar tarafından puzolanla karıştırılan sönmüş kireçtir.
Roma’daki antik beton tonoz
Ancak ekibin incelemesi sonucu, örneklerdeki kireç parçacıkları bu genel süreç ile uyumlu değildir. Aksine, Roma betonu muhtemelen kirecin doğrudan puzolan ve suyla yüksek sıcaklıklarda karıştırılmasıyla üretilmiştir. Bu işlem, ekibin ‘sıcak karıştırma’ olarak adlandırdığı bir yöntemdir ve kireç parçacıkları ile sonuçlanmaktadır.
Masic, “Sıcak karıştırmanın iki temel faydası vardır.” dedi.
“Birincisi, beton yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında, yalnızca sönmüş kireç kullanımıyla mümkün olmayan yeni kimyasal bileşenlerin oluşumuna imkan tanır. İkincisi, artan sıcaklık, reaksiyonların hızını artırıp kürlenme sürelerini kısaltarak inşaat sürecini hızlandırır.”
Antik Roma harçlarında kendi kendini iyileştirme mekanizması şeması
Aynı zamanda kireç parçaları, betona kendini iyileştirme özelliği de kazandırmaktadır. Çatlaklar meydana geldiğinde, suyun girmesiyle kireç parçacıkları devreye girerek kalsiyum açısından zengin bir çözelti oluşturur. Bu çözelti kuruduğunda kalsiyum karbonat olarak sertleşir ve çatlakları birbirine yapıştırarak daha fazla yayılmalarını engeller.
Bu mekanizma, 2.000 yıl öncesine ait Caecilia Metella Mezarı’ndaki betonda gözlemlenmiştir ve ayrıca deniz duvarlarındaki Roma betonunun geçirdiği uzun ömürlü dayanıklılığı da açıklamakta.
Ekibin bulguları, kireç kullanarak eski ve modern tariflerle puzolanik beton yapma üzerine testler gerçekleştirdi. Ayrıca, kireç içermeyen bir kontrol betonu oluşturdu ve çatlak testleri yaptı. Sonuçlar, kireçli betondaki çatlakların iki hafta içinde tamamen iyileştiğini, kontrol betonunda ise çatlakların kaldığını göstermekte.
Ekip, bulgularını mevcut betonsal alternatiflere göre daha çevre dostu bir hale getirmek adına çalışmalarını sürdürüyor. Masic, “Bu daha dayanıklı beton formülasyonlarının sadece malzemelerin ömrünü uzatmakla kalmayıp, aynı zamanda üç boyutlu yazımda kullanılan beton formüllerinin dayanıklılığını artırabileceğini düşünmek heyecan verici.” şeklinde belirtti.
