Geologen bohren in eine marine Struktur in Portus Cosanus, Toskana. (Bild: University of Utah)
Römischer Beton ist berühmt für seine Haltbarkeit, dauerhafte für Tausende von Jahren und scheinbar stärker mit jedem Jahr. Neue Forschung hat aufgedeckt, die chemischen Prozesse, die verantwortlich für die Robustheit dieser alten Gebäude material—ein Ergebnis, das begeistern konnte moderne Ingenieure zur Wiederbelebung dieser vergessenen Technik.
Wenn diese news über die alten römischen Beton vertraut klingt, ist es wahrscheinlich, weil Sie Erinnerung an Arbeit, die von den Forschern vor einigen Jahren. Zurück im Jahr 2014, ein Forschungs-team unter der Leitung von Marie D. Jackson von der University of California in Berkeley zeigte, wie das Rezept für römischer Beton—eine Mischung aus vulkanischer Asche, Kalk -, und Meerwasser in Kombination mit einem vulkanischen Felsen Aggregat produziert eine Chemische Reaktion, die dazu geführt super-starken Beton. Problem ist, die Jacksons team war nicht ganz sicher, wie die Römer es geschafft zur Erleichterung dieser komplexen Reaktion.
In einer follow-up-Studie, diese Woche veröffentlicht in der American Mineraloge, haben die Forscher gelernt, dass es nicht die Römer, erleichtert diese Chemische Reaktion—zumindest nicht direkt. Vielmehr ist die Stärkung des Prozesses verursacht wurde durch die kontinuierliche Filterung von korrosiven Meerwasser, das durch den Beton im Laufe der Zeit, die Auslöser für das Wachstum von seltenen, Stellwerk Mineralien, die aus dem material noch härter.
In der Tat, der alten römischen piers und Wellenbrecher, von denen einige gebaut wurden, vor mehr als 2000 Jahren, sind Gedanken zu sein, heute stärker, als wenn Sie wurden zuerst gebaut. Moderne marinen Bauwerken, aus Felsen oder Kies gemischt mit Wasser und Zement, zerfallen Sie innerhalb von ein paar Jahrzehnten.
Inspiriert durch natürlich-zementiert Vulkanasche-Ablagerungen, die Römer gelernt, wie man konkret machen—und Sie Taten dies durch die Ausnutzung der verbindlichen Befugnissen von dem, was Wissenschaftler heute nennen, einer puzzolanischen Reaktion. Diese Reaktion, benannt nach der Stadt Pozzuoli in der Bucht von Neapel, bewirkt, dass die Mineralien wachsen, die zwischen dem Aggregat und der Mörtel, in diesem Fall, eine Mischung von silica-Oxiden und Kalk in vulkanischen Asche, die die glückliche Wirkung der Vermeidung von Rissen wächst. Der moderne Beton verwendet auch rock-Aggregat, aber Partikel, die heute verwendet werden absichtlich beibehalten, inerten, um zu verhindern, dass Reaktionen stattfinden. Leider sind diese ohmschen Aggregate helfen, die Risse zu wachsen und zu verbreiten, was sich in stetigen Verschlechterung.
Wie die früheren arbeiten von Jackson ‘ s team zeigte, die Anwesenheit von einem seltenen mineral in der römischen marine-Mörser, genannt aluminiumhaltigen tobermorite, können mineralische Kristalle zu wachsen, um die Kalk-Partikel über die puzzolanischen Reaktion. Das passiert aber nur bei relativ hohen Temperaturen, so war es nicht offensichtlich, wie die Römer es geschafft um diese Wirkung zu erzielen. Ist es schwierig für Wissenschaftler, um dies zu tun im Labor heute, und wenn es fertig ist, es kann nur getan werden in kleinen Chargen.
Überzeugt, dass etwas anderes war verantwortlich für die Wirkung, nahmen die Forscher Proben von aluminiumhaltigen tobermorite, und ein Verwandtes mineral, bekannt als phillipsite, Berkeley, Advanced Light Source lab for x-ray scanning. Sie fanden heraus, dass die aluminiumhaltigen tobermorite sich in Bimsstein-Partikeln und Poren in der Zementierung mix, aber da es nicht möglich ist, neu dieser Effekt über kurze Zeiträume ohne hohe Hitze, die Forscher dachte, etwas anderes hatte, verantwortlich zu sein.
Dass etwas anderes, so die Schlussfolgerung der Forscher, ist die stetige stampfen von Meerwasser. Statt der Aushöhlung der Beton Meerwasser sichtet das material durch auflösen der Komponenten der vulkanischen Asche. Im Laufe von Hunderten von Jahren, dies ermöglicht Mineralien zu wachsen, das stark alkalische Flüssigkeiten, die Auslaugen. Dies führt in der Verbreitung von Stellwerk, Kristall-förmigen Strukturen, die Steigerung des Betons Beständigkeit gegen spröde Fraktur.
Materials engineer arbeitet heute in diesem Prozess darstellen würden insgesamt Alptraum. In der Tat, Wissenschaftler verbringen viel Zeit mit dem Versuch zu verhindern, dass diese Art der Sache geschieht in modernen Materialien.
“Wir suchen ein system, das im Gegensatz zu alles, was man möchte nicht in zementgebundenen Beton”, sagte Jackson in einer Pressemitteilung. “Wir suchen ein system, das lebt in offenen chemischer Austausch mit dem Meerwasser.”
Also warum nicht wir tun, wie die Römer das gemacht haben? Zum einen die vulkanische Asche ist nicht die am leichtesten zugängliche Natürliche Ressource. Aber noch wichtiger ist, haben wir immer noch nicht die genaue Rezeptur von den Römern benutzt, um die konkrete, noch haben wir Zugang zu ähnlichen Baumaterialien.
“Die Römer hatten das Glück, in der Art von rock, die Sie hatte, mit zu arbeiten”, sagte Jackson. “Sie haben festgestellt, dass vulkanische Asche wuchs Zemente zu produzieren [Mörser]. Haben wir nicht diesen Felsen in eine Menge von der Welt, so würde es werden Ersetzungen vorgenommen.”
Jackson und andere arbeiten derzeit an einem Ersatz-Rezept, und sollte es entwickelt werden, könnte es gut gebrauchen—auch ein Gezeiten-Lagune, die geplant, gebaut, Swansea, Vereinigtes Königreich. Diese Struktur, die verwendet werden, nutzbar zu machen, die Kraft der Gezeiten, wird die Bedienung für 120 Jahre, um für die Baukosten zu amortisieren.
“Sie können sich vorstellen, dass die Art und Weise, die wir jetzt bauen, wäre es eine Masse von korrodierenden Stahl der Zeit”, sagte Jackson. Stattdessen mit dieser alten römischen Technik, die wir könnten eine Struktur gebildet, die würde bleiben intakt seit Jahrhunderten.
[Amerikanische Mineraloge]