چرا بتن رومی پانتئون پس از دو هزار سال ترک نخورده؟

گنبد پانتئون در رم که نزدیک به دو هزار سال قدمت دارد، هنوز بدون ترک‌خوردگی جدی پابرجاست؛ در حالی که بسیاری از سازه‌های بتنی مدرن ظرف چند دهه دچار فرسودگی و ترک‌خوردگی می‌شوند. این گنبد با دهانه ۴۳ متری، هنوز هم بزرگ‌ترین گنبد بتنی غیرمسلح جهان است. به گزارش زومیت، پژوهشگران MIT با تحلیل نمونه‌های بتن رومی دریافته‌اند که راز این دوام، قطعات ریز آهک زنده‌ای است که ترک‌های تازه را خودبه‌خود ترمیم می‌کنند؛ یافته‌ای که می‌تواند فرمول بتن مدرن را تغییر دهد.

پژوهش‌های سال‌های اخیر روی نمونه‌های بتن رومی نشان می‌دهد که ترکیب خاص خاکستر آتشفشانی (پوزولان) و آهک زنده در فرایند مخلوط‌سازی، ساختاری متفاوت از بتن امروزی ایجاد می‌کند.

راز «عیب» آهکی

یکی از یافته‌های کلیدی این است که رومیان به‌جای مخلوط‌کردن کامل آهک، از قطعات کوچک آهک زنده (که در بتن مدرن نوعی «عیب» تلقی می‌شود) استفاده می‌کردند. این قطعات در تماس با آب باران، واکنش شیمیایی تازه‌ای انجام می‌دهند و ترک‌های ریز را با کربنات کلسیم به‌طور طبیعی پر می‌کنند.

پژوهشگران MIT با بازسازی این فرمول در آزمایشگاه نشان دادند نمونه‌هایی که با «اختلاط داغ» آهک زنده ساخته شده بودند، ترک‌های نیم‌میلی‌متری را ظرف دو هفته کاملاً بستند، درحالی‌که نمونه‌های شاهد بدون آهک زنده، هیچ ترمیمی نشان ندادند.

به بیان دیگر، بتن رومی نوعی توانایی «خودترمیمی» دارد که بتن‌های امروزی معمولاً فاقد آن هستند. این کشف، توجه مهندسان مواد را به بازطراحی فرمولاسیون بتن مدرن با الهام از این روش باستانی جلب کرده است.

چرا برای مهندسان مهم است؟

دوام، نه مقاومت، پاشنه آشیل بتن مدرن است. بتن امروزی مقاومت فشاری چند برابر بتن رومی دارد، اما بیشتر سازه‌های بتنی ایران پیش از ۵۰ سالگی به تعمیر اساسی نیاز پیدا می‌کنند؛ عمدتاً به‌دلیل خوردگی آرماتور که بتن رومی به‌سادگی فاقد آن بود. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (بتن‌آرمه) در ویرایش‌های اخیر تأکید بیشتری بر طراحی بر مبنای دوام ـ پوشش بتن، نسبت آب به سیمان، نفوذپذیری ـ گذاشته است و این پژوهش نشان می‌دهد چرا.

استفاده از پوزولان‌ها نیز درسی است که به سرزمین ما نزدیک است: ایران ذخایر گسترده پوزولان طبیعی (در آذربایجان، خراسان و اطراف دماوند) و مقادیر عظیمی پوزولان مصنوعی مانند سرباره و خاکستر بادی دارد. مبحث پنجم (مصالح و فرآورده‌های ساختمانی) استفاده از این مواد را در سیمان‌های آمیخته به رسمیت شناخته و علاوه بر دوام بیشتر، ردپای کربنی بتن را نیز کاهش می‌دهند.

برای مهندسانی که می‌خواهند مصرف سیمان و آرماتور را در طرح‌های خود بهینه کنند، ماشین‌حساب‌های مبحث نهم برای برآورد سریع مقادیر در دسترس است.