راز استحکام بتن‌های دو هزار ساله
یکی از شگفت‌انگیزترین اسرار روم باستان، دوام طولانی مدت برخی از سازه‌های بتنى آنها است. با وجود خساراتی که امواج دریا برای دو هزار سال به این سازه‌ها وارد آورده، همچنان سر پا ایستاده‌اند؛ درحالی که سازه‌های مدرن ما در طی چند دهه دچار فرسایش می‌شوند. اکنون دانشمندان با پی بردن به اسرار شیمیایی نهفته در پشت این پدیده، گامی به دستورالعمل‌های ساخت آن نزدیک‌تر شده‌اند.
بتن رومی نه تنها از آنچه که امروزه می‌سازیم با دوام‌تر است؛ بلکه در طول زمان نیز بر دوام آن افزوده می‌شود. محققان دانشگاه اوتا به رهبری زمین‌شناسی به‌نام «ماری جکسون» برای چندین سال مشغول بررسی اسرار بتن رومی بوده‌اند. آنها حالا موفق به ترسیم ساختار بلوری آن شده و در حال پی بردن به دلایل تقویت این نوع بتن در طول سالیان زیاد هستند.
بتن امروزی با سیمان پورتلند، ترکیبی از شن سیلیس، سنگ آهک، رس، گچ و سایر موادی که در دماهای بسیار بالا ذوب می‌شوند، ساخته می‌شود. این توده سنگدانه‌ای در بتن باید فاقد قدرت کنش و واکنش شیمیایی باشد؛ زیرا واکنش‌های شیمیایی ناخواسته می‌توانند شکاف‌هایی را در بتن به‌وجود آورند. با این شرایط، فرسایش و فرو ریزش سازه به وقوع می‌پیوندد. به همین دلیل است که بتن‌ها، دوام سنگ‌های طبیعی را ندارند. بتن‌های رومی از خاکستر آتش‌فشانی، آهک و آب دریا ساخته می‌شد. رومیان با بهره‌گیری از این واکنش‌های شیمیایی در رسوبات خاکستر آتش‌فشانی به‌نام «سنگ‌های توف» اقدام به ساخت بتن می‌کردند. در اثر افزودن خاکستر آتش‌فشانی که بعدها با مواد موجود واکنش نشان می‌داد، بتن‌های رومی را به ماده‌ای بسیار پایدار و با دوام تبدیل می‌کرد.
در یکی از پروژه‌های تحقیقاتی قبلی به رهبری جکسون، گروه پژوهشی اقدام به جمع‌آوری نمونه‌هایی از بتن دریایی رومی از چندین بندر ساحل ایتالیا کرده بود. حالا محققان با استفاده از میکروسکوپی الکترونی و قبل از بررسی عمیق آنها با تفکیک بسیار بالا به کمک دستگاه طیف‌سنجی و ریز پراش اشعه‌ی ایکس، نمونه‌ها را به دقت جدا کرده‌اند. آنان توانستند با بهره‌گیری از این روش‌های پیشرفته تمامی مواد معدنی تولید شده در بتن باستانی را در طول قرون متمادی شناسایی کنند.
جکسون اظهار داشت: «ما می‌توانیم مواد ریز موجود در بتن را بررسی کرده و مواد معدنی را طرح‌ریزی کنیم. ویژگی‌های بلوری و توالی بلورهای تشکیل یافته از موارد دیگری هستند که امکان بررسی آنها وجود دارد. آنچه که ما موفق به پیدا کردنش شده‌ایم، واقعاً حیرت‌انگیز است.» جکسون علاقه‌ی وافری به بررسی «توبرموریت آلومینیوم‌دار»، ماده‌ی معدنی سیلیسی مقاوم، داشت. این ماده بسیار کمیاب بوده و ساخت آن در آزمایشگاه دشواری‌های زیادی به‌همراه دارد، اما به وفور در بتن باستانی یافت می‌شود. توبرموریت آلومینیوم‌دار و ماده‌ی دیگری به‌نام «فیلیسپیت» به‌خاطر آب دریای آغشته به آن در بتن رشد می‌کند؛ لذا خاکستر آتش‌فشانی درون آن به آرامی حل شده و زمینه برای ایجاد ساختاری مقاوم و تقویت‌شده فراهم می‌آید.
جکسون گفت: «رومیان بتنی سنگ مانند تولید کردند که در صورت تبادل شیمیایی آزاد با آب دریا، تقویت می‌گردد. این دستاورد خارق‌العاده‌ای است که در بتن‌های مدرن اتفاق نمی‌افتد؛ ساختن بتن به شیوه‌ی رومیان باستان می‌تواند نعمت بزرگی برای صنعت ساختمانی مدرن باشد؛ به‌ویژه زمانی که از سازه‌های ساحلی مثل اسکله‌ها بحث می‌شود؛ زیرا این سازه‌ها به‌طور پیوسته در معرض امواج دریا قرار دارند. اما متاسفانه دستورالعمل ساخت در طول زمان گم شده است. پس تنها راه ایجاد بتن‌های رومی استفاده از روش مهندسی معکوس براساس اطلاعات فعلی‌مان از ویژگی‌های شیمیایی آن است. این‌طور هم نیست که کل سیمان دنیا را با ماده‌ای تاریخی جایگزین کنیم؛ زیرا در تمامی نقاط جهان امکان دسترسی به مواد آتش‌فشانی مناسب وجود ندارد.
جکسون در پایان خاطر نشان کرد: «رومیان خوش‌شانس بودند که می‌توانستند با این نوع سنگ کار کنند. ما این سنگ‌ها را در بسیاری از نقاط جهان نداریم. پس باید جایگزینی برای آن پیدا کنیم. اگر جکسون و همکارانش به دستورالعمل رومیان دست پیدا کنند، مهندسی دریایی مدرن وارد فازی خواهد شد که سازه‌هایی با دوام چند صد ساله درست کند و میزان کربن کمتری منتشر می‌شود.» این مقاله در مجله‌ی American Mineralogist منتشر شده است.
