بودكاست التاريخ

هل استخدم الرومان أي مواد أخرى لتقوية الخرسانة؟

هل استخدم الرومان أي مواد أخرى لتقوية الخرسانة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد قرأت عن الخرسانة الرومانية (300BC-300AD) وكيف تتمتع بقوة أكبر من الخلائط الخرسانية الحالية. حتى الآن ، أظهر بحثي أنهم لم يستخدموا قضيب إعادة في هياكلهم. لكن هل استخدم الرومان أي شيء خارجي (مثل الألياف والخشب وما إلى ذلك) لتحسين قوة شد الخرسانة؟

كمرجع ، كان هذا هو المصدر الذي كنت أقرأه:

ميكانيكا الخرسانة الإمبراطورية الرومانية والتصميم الإنشائي للآثار المقببة


التنقيب في أسرار الخرسانة الرومانية

أنقاض المنتدى الروماني. الائتمان: THINK Global School / flickr / CC BY-NC-ND 2.0

منذ أكثر من ألفي عام ، بنى الرومان القدماء الأرصفة وحواجز الأمواج وغيرها من الهياكل من الخرسانة - وما زالت بعض هذه الهياكل قائمة حتى اليوم. الآن ، يحاول الباحثون فهم العمليات الكيميائية والجيولوجية التي تعمل معًا لمنح تلك الخرسانة القديمة مثل هذه المتانة. باستخدام المجهر وانحراف الأشعة السينية والتقنيات الطيفية ، طوروا خريطة للبنى المجهرية البلورية داخل الخرسانة. وفقًا لأبحاثهم ، فإن التسريب البطيء لمياه البحر في الخرسانة المصنوع من نوع من الرماد البركاني الموجود بالقرب من روما ينتج تدريجياً بلورات من مادة تسمى aluminous tobermorite ، والتي تقوي الخرسانة مع تقدم العمر.

تقول ماري جاكسون ، أستاذة أبحاث الجيولوجيا والجيوفيزياء وأحد مؤلفي تقرير عن العمل ، إن فهم الخرسانة الرومانية يمكن أن يعطي علماء المواد الحديثة أفكارًا حول كيفية تقوية الهياكل الحديثة ، ويمكن أن يؤدي حتى إلى مواد جديدة ، مثل الخرسانة التي تمتص النفايات النووية وتحبسها.


ما هو أنعم أسمنت؟ تعتبر الخرسانة المسلحة بالألياف QUIKRETE® ، نظرًا لقوتها العالية وتشطيب سطحها الأملس ، الخيار الأفضل لمشاريع الصب التالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن QUIKRETE® Sand Mix و QUIKWALL ™ Surface Bonding Cement مرنان بدرجة كافية لاستخدامهما في مجموعة متنوعة من مشاريع الصب.

لمشاريع البناء الخرسانية الجديدة والتراكبات الخرسانية وإصلاحات الخرسانة. تُستخدم لبناء الأسطح والأرصفة والألواح والخطوات والباحات ووضع أعمدة السطح أو أعمدة السياج أو الأعمدة.


الاحتمالات المستقبلية

لقد بحث جاكسون في السجلات الرومانية القديمة عن صيغة لهذا الملموس دون نجاح. الصيغة الدقيقة لا تزال غير معروفة. ومع ذلك ، يقوم فريق Jackson & rsquos بتجربة مجموعات مختلفة من مياه البحر والرماد البركاني لصنع خرسانة حديثة بهذه الخصائص الفريدة. من الممكن أيضًا أن يكون الرماد المتطاير والمداشا الناتج الثانوي الإشكالي لحرق الفحم و [مدش] بديلاً مناسبًا لمكون الرماد البركاني ، والذي سيكون له فائدة بيئية هائلة.

سيكون المعادل الحديث للخرسانة الرومانية مثاليًا لهياكل الجدران البحرية والتطبيقات البحرية الأخرى ، وكذلك لتغليف النفايات عالية المستوى في حواجز تشبه الأسمنت تحمي البيئة المحيطة. سيؤدي الاستخدام الواسع لهذه الخرسانة أيضًا إلى تقليل اعتماد صناعة البناء و rsquos على الأسمنت البورتلاندي ، الذي يتطلب تصنيعه أفرانًا عالية الحرارة تنبعث منها كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.

ومع ذلك ، أضاف جاكسون ، قبل أن تقبل الصناعة وصفات الخرسانة الرومانية على نطاق واسع ، يجب بناء هياكل الاختبار وتقييمها على المدى الطويل لمعرفة كيفية أدائها مقارنة بالهياكل المماثلة المبنية من الأسمنت البورتلاندي المقوى بالفولاذ.

& ldquo أعتقد أن الناس لا يعرفون حقًا كيف يفكرون في مادة لا تحتوي على حديد التسليح ، & rdquo قال جاكسون. مارك كروفورد كاتب مستقل.


لتحسين الخرسانة اليوم & # 8217 ، افعل كما فعل الرومان

في محاولة لجعل الخرسانة أكثر دواما واستدامة ، وجد فريق دولي من الجيولوجيين والمهندسين الإلهام في الرومان القدماء ، الذين صمدت هياكلهم الخرسانية الضخمة في مقاومة العناصر لأكثر من 2000 عام.

عينة من الخرسانة الرومانية القديمة البحرية من خليج Pozzuoli بالقرب من نابولي ، إيطاليا. يبلغ قطرها 9 سم ، وتتكون من ملاط ​​مصنوع من الجير والرماد البركاني وقطع من الطوف البركاني. (صور كارول هاغن)

باستخدام مصدر الضوء المتقدم في مختبر لورانس بيركلي الوطني (مختبر بيركلي) ، قام فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، بفحص الهيكل الدقيق للخرسانة الرومانية. وصف لأول مرة كيف يربط المركب المستقر بشكل غير عادي & # 8211 الكالسيوم والألمنيوم وسيليكات الهيدرات (C-A-S-H) & # 8211 المواد المستخدمة لبناء بعض الهياكل الأكثر ديمومة في الحضارة الغربية.

يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف في تحسين متانة الخرسانة الحديثة ، والتي تظهر غالبًا خلال 50 عامًا علامات التدهور ، لا سيما في بيئات المحيطات.

كما يترك تصنيع الخرسانة الرومانية بصمة كربونية أصغر من نظيرتها الحديثة. تتطلب عملية صنع الأسمنت البورتلاندي ، وهو مكون رئيسي في الخرسانة الحديثة ، الوقود الأحفوري لحرق كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) والطين عند حوالي 1450 درجة مئوية (2642 درجة فهرنهايت). سبعة في المئة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية كل عام تأتي من هذا النشاط. ومع ذلك ، فإن إنتاج الجير للخرسانة الرومانية أكثر نظافة ، حيث يتطلب درجات حرارة تبلغ ثلثي تلك المطلوبة لصنع الأسمنت البورتلاندي.

تم وصف نتائج الباحثين & # 8217 في ورقتين ، واحدة تم نشرها على الإنترنت في 28 مايو في مجلة جمعية الخزف الأمريكية، والآخر من المقرر أن يظهر في عدد أكتوبر من المجلة American Mineralogist.

& # 8220 الخرسانة الرومانية ظلت متماسكة ومتماسكة جيدًا لمدة 2000 عام في البيئات البحرية العدوانية ، & # 8221 قالت ماري جاكسون ، المؤلف الرئيسي لكلا الورقتين. & # 8220 إنها واحدة من أكثر مواد البناء المتانة على هذا الكوكب ، ولم يكن ذلك من قبيل الصدفة. كان الشحن هو شريان الحياة للاستقرار السياسي والاقتصادي والعسكري للإمبراطورية الرومانية ، لذلك كان بناء الموانئ التي من شأنها أن تدوم أمرًا بالغ الأهمية. & # 8221

تحمل ماري جاكسون عينة عمرها 2000 عام من الخرسانة البحرية من القرن الأول قبل الميلاد. موقع ميناء سانتا ليبراتا في توسكانا. (صورة سارة يانغ)

قاد فريق البحث باولو مونتيرو ، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي وعالم هيئة التدريس في مختبر بيركلي ، وجاكسون ، وهو مهندس أبحاث في جامعة كاليفورنيا في بيركلي في الهندسة المدنية والبيئية. وصفوا عينات من الخرسانة الرومانية المأخوذة من كاسر الأمواج في خليج Pozzuoli ، بالقرب من نابولي ، إيطاليا.

بناء الإمبراطورية

كانت الخرسانة هي مواد البناء المفضلة للإمبراطورية الرومانية و # 8217. تم استخدامه في المعالم الأثرية مثل البانثيون في روما وكذلك في الأرصفة وحواجز الأمواج وهياكل الموانئ الأخرى. كان من الأمور التي حظيت باهتمام خاص لفريق البحث كيف تحملت الخرسانة الرومانية تحت الماء و # 8217s بيئة المياه المالحة التي لا ترحم.

تم وصف وصفة الخرسانة الرومانية حوالي 30 قبل الميلاد. بواسطة ماركوس فيتروفيوس بوليو ، مهندس أوكتافيان ، الذي أصبح الإمبراطور أوغسطس. المكون غير السري هو الرماد البركاني ، الذي جمعه الرومان مع الجير لتكوين ملاط. قاموا بتعبئة قطع الهاون والصخور هذه في قوالب خشبية مغمورة في مياه البحر. بدلاً من محاربة العناصر البحرية ، استخدم الرومان المياه المالحة وجعلوها جزءًا لا يتجزأ من الخرسانة.

وصف الباحثون أيضًا معدنًا حراريًا مائيًا نادرًا جدًا يسمى الألومنيوم توبرموريت (Al-tobermorite) والذي تشكل في الخرسانة. & # 8220 دراستنا قدمت أول تحديد تجريبي للخصائص الميكانيكية للمعادن ، & # 8221 قال جاكسون.

تظهر صورة المجهر الإلكتروني الماسح هذه بلورات من معدن نادر ، التوبرموريت ، مكبرة حوالي 25000 مرة. وصف باحثو جامعة كاليفورنيا في بيركلي التوبرموريت في عينات من الخرسانة الرومانية. (حقوق الصورة لجامعة كاليفورنيا في بيركلي)

فلماذا انخفض استخدام الخرسانة الرومانية؟ & # 8220 مع تراجع الإمبراطورية الرومانية ، وتراجع الشحن ، انخفضت الحاجة إلى الخرسانة بمياه البحر ، & # 8221 قال جاكسون. & # 8220 يمكنك أيضًا المجادلة بأن الهياكل الأصلية تم بناؤها جيدًا لدرجة أنه بمجرد وضعها في مكانها ، لم & # 8217t بحاجة إلى الاستبدال. & # 8221

بديل صديق للأرض

في حين أن الخرسانة الرومانية متينة ، قال مونتيرو إنه من غير المرجح أن تحل محل الخرسانة الحديثة لأنها ليست مثالية للبناء حيث تكون هناك حاجة إلى تصلب أسرع.

لكن الباحثين الآن يجدون طرقًا لتطبيق اكتشافاتهم حول الخرسانة الرومانية في تطوير المزيد من الخرسانة الحديثة الصديقة للأرض والمتينة. إنهم يحققون فيما إذا كان الرماد البركاني سيكون بديلاً جيدًا وكبير الحجم في البلدان التي لا يسهل الوصول إلى الرماد المتطاير ، وهو منتج نفايات صناعية ناتجة عن حرق الفحم الذي يستخدم بشكل شائع لإنتاج الخرسانة الخضراء الحديثة.

& # 8220 قال مونتيرو: لا يوجد ما يكفي من الرماد المتطاير في هذا العالم ليحل محل نصف الأسمنت البورتلاندي المستخدم. & # 8220 العديد من البلدان لا تمتلك & # 8217t الرماد المتطاير ، لذا تكمن الفكرة في إيجاد مواد محلية بديلة تعمل ، بما في ذلك نوع الرماد البركاني الذي استخدمه الرومان. يمكن أن يحل استخدام هذه البدائل محل 40 في المائة من الطلب العالمي على الأسمنت البورتلاندي. & # 8221

بدأ البحث بتمويل أولي من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا في المملكة العربية السعودية (كاوست) ، التي أطلقت شراكة بحثية مع جامعة كاليفورنيا في بيركلي في عام 2008. وأشار مونتيرو إلى أن المملكة العربية السعودية لديها & # 8220 جبال من الرماد البركاني و # 8221 التي يمكن أن تكون تستخدم في الخرسانة.

بالإضافة إلى جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية ، ساعد التمويل المقدم من مؤسسة لوب للمكتبة الكلاسيكية وجامعة هارفارد وقسم الطاقة ومكتب العلوم # 8217s في دعم هذا البحث. تم تقديم العينات من قبل ماري جاكسون والدراسة الرومانية البحرية للخرسانة (ROMACONS) ، برعاية CTG Italcementi ، وهو مركز أبحاث مقره في بيرغامو ، إيطاليا. استخدم الباحثون أيضًا جمعية حلقة تخزين الإلكترون في برلين للإشعاع السنكروتروني ، أو BESSY ، لتحليلاتهم.


اكتشف العلماء كيف نجت الخرسانة القديمة في روما 2000 عام

لقد حل العلماء لغز متانة روما القديمة وخرسانة # 8216s وفي هذه العملية ربما تعلموا شيئًا يمكن أن يؤثر على البناء في العصر الحديث.

يشرح البحث ، الذي نُشر هذا الأسبوع في مجلة American Mineralogist ، كيف تمكنت جدران البحر الرومانية القديمة التي بنيت منذ ما يقرب من 2000 عام من مواجهة العناصر بسبب تفاعل كيميائي نادر يبدو أنه عزز الخرسانة بمرور الوقت.

خلطات الأسمنت الحديثة تميل إلى التآكل ، لا سيما في وجود مياه البحر ، لكن الوصفة الرومانية للرماد البركاني والجير ومياه البحر ومعدن يسمى الألومنيوم توبرموريت يعزز الخرسانة ويمنع الشقوق من التمدد ، كما وجد الباحثون.

كان سبب التفاعل هو صدم مياه البحر باستمرار في الهياكل لمئات السنين ، مما سمح للمزيج المعدني من أكاسيد السيليكا والجير بالنمو بين تراكمات الصخور البركانية والملاط لتطوير المقاومة.

& # 8220 على عكس مبادئ الخرسانة الحديثة القائمة على الأسمنت ، ابتكر الرومان خرسانة شبيهة بالصخور تزدهر في التبادل الكيميائي المفتوح مع مياه البحر ، وقالت المؤلفة الرئيسية # 8221 ماري جاكسون من جامعة يوتا في المجلة.

& # 8220It & # 8217s حدث نادر جدًا في الأرض ، & # 8221 أضافت.

بينما استفاد الرومان من زيادة الوصول إلى الرماد البركاني الطبيعي ، يمكن استخدام هذا المفهوم يومًا ما كبديل أكثر صداقة للبيئة لخلط الأسمنت الحديث ، والذي ينبعث منه كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

قال جاكسون: "كان الرومان محظوظين في نوع الصخور التي كان عليهم العمل بها". لاحظوا أن الرماد البركاني ينبت الأسمنت لإنتاج [الملاط]. ليس لدينا تلك الصخور في كثير من أنحاء العالم ، لذلك يجب إجراء بدائل. & rdquo

تعمل جاكسون على إنشاء وصفة بديلة اقترحت استخدامها بدلاً من الفولاذ في بحيرة مد وجزر مخطط لها في المملكة المتحدة.

& # 8220 أعتقد أن الخرسانة الرومانية أو أي نوع منها ستكون اختيارًا جيدًا للغاية [البحيرة]. سيتطلب هذا المشروع 120 عامًا من عمر الخدمة لاستهلاك الاستثمار ، & # 8221 قالت لبي بي سي في وقت سابق من هذا العام. & # 8221

حذر جاكسون من أن مخاليط الأسمنت النموذجية لن تصمد أمام العناصر كما يمكن للخرسانة ذات الطراز الروماني.

& # 8220 سوف يتآكل هؤلاء بالتأكيد في نصف عمر الخدمة على الأقل ، & # 8221 قالت.


تعليقات

إذن أنت روما ، وترغب في بناء مبنى لا يمكن لأحد نسخه. أنت تخلط الخرسانة مع البوزولان ، المعروف أيضًا باسم رماد البازلت وتسكب أجزاء البناء. واكتب هذا الجزء بالتفصيل.

حاليا. ما الذي يمنع الناس من تقليد هذه التقنية بعد الآن؟ لا شيئ. ما لم تكن مناسبًا & quotforgot & quot لتذكر الجزء الثاني الذي تحتاجه أيضًا هذه الوصفة لتعمل. مثل ، وجود عمالة عسكرية مجانية لإزميل عوارض البازلت التي تدخل في هذا الخرسانة البازلتية من أجل التعزيز. قام عالم في عام 2000 بإخراج آلة موسيقية ، ونظر إلى جدار البانثيون المكتمل ، ويقول & quotWow ، & # 039s لا شيء سوى البازلت في هذا ، لا يوجد فولاذ على الإطلاق. صب متآلف بدون تعزيز! & quot بينما في الواقع من المحتمل جدًا أن عوارض البازلت المحفور في الجدار هي التي تقوم برفع الأحمال الثقيلة. تم الاكتشاف للتو أن حديد التسليح البازلت لديه ضعف قوة الفولاذ بنسبة 20٪ من الفولاذ ووزن # 039 ثانية. من الواضح أن الرومان القدماء لم يكن لديهم أفران 2000 درجة لتصنيع حديد التسليح البازلت كما نفعل اليوم لتقوية الخرسانة. حدسي هو أن الرومان أخذوا للتو صخرة كبيرة من البازلت وكان لديهم اليد العاملة المجانية (المعروفة أيضًا باسم جنود الجيش) لإزميل أشكال عارضة التعزيز. ولهذا السبب لم يستمر أحد في الوصفة بعد زوال الإمبراطورية الرومانية. ليس لأن جميع البنائين أصيبوا بحالة غير قابلة للتفسير من فقدان الذاكرة الجماعي عن كيفية خلط الخرسانة الرومانية. ولكن لأن هذه الوصفة تتطلب أيضًا العمل الحر في حفر الصخور من قبل مفرزة كاملة من الجيش الروماني.

يرجى إلقاء نظرة على أعمال هانيبال بيانتا ، التحق بمعهد ميلان للتكنولوجيا في عام 1888 وأجرى أعمالًا في الخرسانة من عام 1902 (شيكاغو) حتى وفاته في عام 1937 (سان أنطونيو). لا تزال أعماله قائمة دون الكثير من أعمال الترميم ، لتشمل كتل Nel-stone المكشوفة للعناصر.


في الآونة الأخيرة ، كانت هناك & # 8217s موجة من الأخبار المحيطة بورقة جديدة فحصت التركيب المعدني لعينات خرسانية مأخوذة من كاسر أمواج روماني عمره 2000 عام. تتراوح المقالات من الإشارة بشكل مُقاس إلى كفاءة الكربون ، إلى تمجيد خصائصه شبه الغامضة. حقيقة أن هذه الهياكل لا تزال سليمة بعد آلاف السنين ، بينما تتحلل هياكلنا غالبًا إلى درجة عدم الجدوى بعد أقل من 50 عامًا ، من الواضح أنها تثير بعض التساؤلات. وبالتحديد ، هل كانت الخرسانة الرومانية أفضل من خرسانةنا؟ لماذا فشلنا بهذه السرعة؟

تكمن الإجابة في الطريقة المختلفة التي نستخدم بها الخرسانة مقارنة بالرومان. الخرسانة قوية في الانضغاط ، لكنها ضعيفة في التوتر والانحناء. هذا يعني أن الخرسانة بحد ذاتها ذات مرونة محدودة. يتم استخدامه بسهولة في الأعمدة والأقواس والأشياء الأخرى التي ستكون مضغوطة فقط. لكنك تواجه مشكلة عندما تحاول إنشاء جسور طويلة أو مبانٍ عالية أو جدران رقيقة أو أي شيء آخر يريد الانحناء في المنتصف. الخرسانة أيضًا هشة جدًا & # 8211 عندما تصل إليها & # 8217s نقطة الانكسار ، فإنها تتحطم مثل الزجاج. وبسبب هذا ، إذا فشلت ، فإنها تفشل بشكل فوري وكارثي ، دون إعطاء أي تحذير.

في البناء الحديث ، يتم حل هاتين المشكلتين بنفس الطريقة: بوضع قضبان أو أسلاك فولاذية في الخرسانة في المواقع الرئيسية. الصلب ، على عكس الخرسانة ، قوي بشكل لا يصدق في التوتر. سيكون الشعاع الخرساني المقوى بالفولاذ بداخله حوالي خمس حجم العارضة غير المدعمة.

سيكون أيضًا أكثر أمانًا بكثير. على عكس الخرسانة الهشة ، يكون الفولاذ مطيلًا & # 8211 عندما يفشل ، لا ينكسر & # 8217t ، يتمدد. تعطي هذه الليونة المضافة للخرسانة المسلحة الفاشلة القدرة على امتصاص قدر كبير من الطاقة الإضافية قبل أن تنهار ، وتوفر وقتًا كافيًا للناس للإخلاء. لهذا السبب ، فإن إدراج الفولاذ في الخرسانة ليس مجرد فكرة جيدة: إنه القانون. يتطلب كل قانون بناء رئيسي تقريبًا أن يكون للخرسانة حد أدنى من حديد التسليح ، باستثناء بعض الحالات الخاصة.

لكن كل هذه القوة لها عيب: فالفولاذ أيضًا يقلل بشدة من متانة الخرسانة. نظرًا لأن الخرسانة مسامية ، فإن أيونات الكلوريد وعناصر التآكل الأخرى تشق طريقها بمرور الوقت إلى الخرسانة وتبدأ في تآكل الفولاذ بالداخل. يختلف مقدار الوقت الذي يستغرقه ذلك اعتمادًا على مدى عمق دفن الفولاذ ، ولكنه يحدث حتماً. يؤدي هذا التآكل إلى إضعاف الفولاذ وتضخيمه ، مما يؤدي في النهاية إلى انفجار الخرسانة من الداخل إلى الخارج. تآكل الفولاذ هو الآلية الأساسية وراء تسوس الخرسانة ، وأحد القيود الرئيسية على الخرسانة الحديثة وعمر الخدمة # 8217. ولأن الخرسانة الرومانية لا تحتوي على أي تسليح ، فإنها لا تعاني من أي من هذه المشاكل.

الفرق الرئيسي الآخر بين الخرسانة الرومانية وخرسانة لدينا هو وقت المعالجة. تصلب الخرسانة الحديثة وتصل إلى أقصى قوتها بسرعة كبيرة جدًا. الوقت & # 8220standard & # 8221 للخرسانة لتصلب بشكل كامل وتصل إلى طاقتها 28 يومًا ، ولكن ليس من غير المألوف أن تصل إلى قوة قابلة للاستخدام في غضون ساعات قليلة. في حين أن وقت العلاج السريع هذا مفيد لجداول البناء السريعة ، إلا أنه يقدم ضغوطًا حرارية مع ارتفاع درجة حرارة التفاعل. تتسبب هذه الضغوط في التشقق وتقليل المتانة في النهاية. لجعل الأمور أسوأ ، يجب تضمين فولاذ إضافي لمعالجة هذه الضغوط الحرارية ، مما يؤدي إلى تفاقم مشكلة الفشل الناجم عن التآكل.

من ناحية أخرى ، عولجت الخرسانة الرومانية ببطء مذهل. إذا قرأت الورقة بشكل صحيح ، فإن كاسر الأمواج الذي تم أخذ عينات منه للخرسانة أخذ سنتان ليبرد تماما. يعني وقت المعالجة البطيء للغاية هذا ضغوطًا حرارية أقل ، ومتانة أعلى مقابلة.

بالطبع ، كل هذا أكاديمي إذا لم نتمكن من إنتاج خرسانة متينة مماثلة اليوم. وقد اتضح ، عندما يستدعي الموقف ذلك ، فنحن قادرون على تكوين مزيج خرساني متين للغاية. تم بناء الهياكل الخرسانية الحديثة التي تم تصميمها ليكون لها عمر إفتراضي يصل إلى 1000 عام. في الواقع ، تم تسجيل براءة اختراع المعدن الدقيق الذي يُفترض أنه يجعل الخرسانة الرومانية شديدة التحمل ، والتوبرموريت المستبدل بالألمنيوم ، منذ 30 عامًا ، للاستخدام الدقيق المقترح في الورقة الأخيرة. الخرسانة فائقة التحمل في متناول أيدينا. لكن متطلبات جعله & # 8211 بدون فولاذ ، ووقت علاج بطيء للغاية ، و pozzolans عالية في المزيج & # 8211 محدودة للغاية ، وجدا ، جدا مكلفة. إن الحيلة في صنع الخرسانة التي يمكن أن تدوم العصور ليست وصفة مفقودة ، ولكنها اقتصادية قديمة مملة.


تشجع مياه البحر المسببة للتآكل على نمو المعادن النادرة

حوالي عام 79 م ، كتب المؤلف الروماني بليني الأكبر في كتابه هيستوريا ناتوراليس أن الهياكل الخرسانية في الموانئ ، والمعرضة للهجوم المستمر لأمواج المياه المالحة ، تصبح "كتلة حجرية واحدة ، منيعة أمام الأمواج وأقوى كل يوم."

لم يكن يبالغ. بينما تنهار الهياكل الخرسانية البحرية الحديثة في غضون عقود ، فإن الأرصفة الرومانية وحواجز الأمواج التي يبلغ عمرها 2000 عام لا تزال قائمة حتى يومنا هذا وهي أقوى الآن مما كانت عليه عندما تم بناؤها لأول مرة. تدرس الجيولوجيا بجامعة يوتا ماري جاكسون المعادن والتراكيب الدقيقة للخرسانة الرومانية كما تفعل مع الصخور البركانية. لقد وجدت هي وزملاؤها أن ترشيح مياه البحر عبر الخرسانة يؤدي إلى نمو المعادن المتشابكة التي تضفي تماسكًا إضافيًا على الخرسانة. تم نشر النتائج اليوم في American Mineralogist.

حفر ROMACONS في هيكل بحري في Portus Cosanus ، توسكانا ، 2003. يتم الحفر بإذن من Soprintendenza Archeologia per la Toscana.

الخرسانة الرومانية مقابل الأسمنت البورتلاندي

صنع الرومان الخرسانة عن طريق خلط الرماد البركاني مع الجير ومياه البحر لصنع ملاط ​​، ثم دمج قطع الهاون من الصخور البركانية ، "الركام" في الخرسانة. ينتج عن مزيج الرماد والماء والجير الحي ما يسمى تفاعل البوزولاني ، الذي سمي على اسم مدينة Pozzuoli في خليج نابولي. ربما يكون الرومان قد توصلوا إلى فكرة هذا المزيج من رواسب الرماد البركاني المُصنَّعة بشكل طبيعي والتي تُعرف باسم tuff وهي شائعة في المنطقة ، كما وصفها بليني.

تم استخدام الخرسانة التي تشبه التكتل في العديد من الهياكل المعمارية ، بما في ذلك أسواق البانثيون وتراجان في روما. تحمي الهياكل البحرية الضخمة الموانئ من عرض البحر وكانت بمثابة مراسي واسعة للسفن والمستودعات.

تستخدم خرسانة الأسمنت البورتلاندي الحديثة أيضًا الركام الصخري ، ولكن مع اختلاف مهم: من المفترض أن تكون جزيئات الرمل والحصى خاملة. قد يؤدي أي تفاعل مع عجينة الأسمنت إلى تكوين مواد هلامية تتمدد وتكسر الخرسانة.

يقول جاكسون: "يحدث تفاعل قلوي السيليكا هذا في جميع أنحاء العالم وهو أحد الأسباب الرئيسية لتدمير الهياكل الخرسانية لأسمنت بورتلاند".

إعادة اكتشاف الخرسانة الرومانية

مصدر الصورة: ماري جاكسون

من اليسار إلى اليمين: نوبوميتشي تامورا ، ماري جاكسون وكاميليا ستان في خط الأشعة 12.3.2 في Advanced Light Source ، مختبرات لورانس بيركلي الوطنية. يناير 2017. تامورا وستان عالمان في Advanced Light Souce.

بدأ اهتمام جاكسون بالخرسانة الرومانية مع سنة إجازة في روما. درست في البداية التوف ثم بحثت في رواسب الرماد البركاني ، وسرعان ما أصبحت مفتونة بأدوارها في إنتاج المتانة الرائعة للخرسانة الرومانية.

بدأ جاكسون مع زملائه في دراسة العوامل التي جعلت الخرسانة المعمارية في روما مرنة للغاية. أحد العوامل ، كما تقول ، هو أن النتوءات المعدنية بين الركام والملاط تمنع إطالة الشقوق ، بينما تساعد أسطح الركام غير المتفاعل في الأسمنت البورتلاندي على انتشار الشقوق إلى أبعد من ذلك.

في دراسة أخرى عن نوى الحفر لخرسانة المرفأ الروماني التي تم جمعها من قبل مشروع ROMACONS في 2002-2009 ، وجد جاكسون وزملاؤه معدنًا نادرًا بشكل استثنائي ، التوبرموريت الألوميني (Al-tobermorite) في الملاط البحري. تشكلت البلورات المعدنية في جزيئات الجير من خلال تفاعل البوزولاني عند درجات حرارة مرتفعة إلى حد ما. فاجأ وجود التوبرموريت جاكسون. تقول عن المعدن: "من الصعب جدًا صنعه". يتطلب تصنيعه في المختبر درجات حرارة عالية وينتج عنه كميات صغيرة فقط.

تآكل مياه البحر

بالنسبة للدراسة الجديدة ، عاد جاكسون والباحثون الآخرون إلى نوى حفر ROMACONS ، وفحصوها بمجموعة متنوعة من الأساليب ، بما في ذلك تحليلات الانقسام الدقيق والتألق الدقيق في خط أشعة مصدر الضوء المتقدم 12.3.2 في مختبر لورانس بيركلي الوطني. وجدوا أن التوبرموريت ومعدن زيوليت مرتبط به ، phillipsite ، تشكل في جزيئات الخفاف والمسام في مصفوفة الأسمنت. من العمل السابق ، عرف الفريق أن عملية المعالجة البوزولانية للخرسانة الرومانية لم تدم طويلاً. يجب أن يكون هناك شيء آخر تسبب في نمو المعادن في درجات حرارة منخفضة بعد فترة طويلة من تصلب الخرسانة. تقول: "لم ينتج أحد التوبرموريت عند 20 درجة مئوية". "أوه - باستثناء الرومان!"

يقول جاكسون: "بصفتنا جيولوجيين ، نعلم أن الصخور تتغير". "التغيير ثابت بالنسبة لمواد الأرض. إذن كيف يؤثر التغيير على متانة الهياكل الرومانية؟ "

مصدر الصورة: بإذن من ماري جاكسون

تُظهر هذه الصورة المجهرية مادة رابطة الكالسيوم والألومنيوم وسيليكات الهيدرات (C-A-S-H) المتكتلة التي تتشكل عند اختلاط الرماد البركاني والجير ومياه البحر. نمت بلورات بلاتي من التوبرموريت بين C-A-S-H في مصفوفة الأسمنت.

خلص الفريق إلى أنه عندما تتسرب مياه البحر عبر الخرسانة في حواجز الأمواج وفي الأرصفة ، فإنها تذيب مكونات الرماد البركاني وتسمح للمعادن الجديدة بالنمو من السوائل شديدة القلوية التي ترشح ، وخاصة التوبرموريت والفيليبسايت. يحتوي التوبرموريت على تركيبات غنية بالسيليكا ، تشبه البلورات التي تتشكل في الصخور البركانية. تحتوي البلورات على أشكال بلاتية تعزز المصفوفة المتماسكة. تزيد الألواح المتشابكة من مقاومة الخرسانة للكسر الهش.

يقول جاكسون أن هذه العملية الشبيهة بالتآكل عادة ما تكون أمرًا سيئًا للمواد الحديثة. وتقول: "نحن نتطلع إلى نظام يتعارض مع كل شيء لا يريده المرء في الخرسانة القائمة على الأسمنت". "نحن نتطلع إلى نظام يزدهر في التبادل الكيميائي المفتوح مع مياه البحر."

الخرسانة الرومانية الحديثة

نظرًا لمزايا المتانة للخرسانة الرومانية ، لماذا لا يتم استخدامها كثيرًا ، خاصة وأن تصنيع الأسمنت البورتلاندي ينتج انبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون؟

يقول جاكسون: "الوصفة ضاعت تمامًا". لقد درست على نطاق واسع النصوص الرومانية القديمة ، لكنها لم تكتشف بعد الطرق الدقيقة لخلط الملاط البحري ، لإعادة إنشاء الخرسانة بالكامل.

تقول: "كان الرومان محظوظين في نوع الصخور التي كان عليهم العمل بها". لقد لاحظوا أن الرماد البركاني نبت الأسمنت لإنتاج الطف. ليس لدينا تلك الصخور في كثير من أنحاء العالم ، لذلك يجب إجراء بدائل ".

تعمل الآن مع المهندس الجيولوجي توم آدمز لتطوير وصفة بديلة ، ومع ذلك ، باستخدام مواد من غرب الولايات المتحدة. تأتي مياه البحر في تجاربها من مرسى بيركلي ، كاليفورنيا ، التي جمعتها جاكسون بنفسها.

تستغرق الخرسانة الرومانية وقتًا لتطوير قوتها من مياه البحر ، وتتميز بقوة ضغط أقل من الأسمنت البورتلاندي النموذجي. لهذه الأسباب ، من غير المحتمل أن تصبح الخرسانة الرومانية منتشرة على نطاق واسع ، ولكن يمكن أن تكون مفيدة في سياقات معينة.

ألقى جاكسون مؤخرًا وزنه على بحيرة مدية مقترحة سيتم بناؤها في سوانزي ، المملكة المتحدة ، لتسخير قوة المد والجزر. وتقول إن البحيرة ستحتاج إلى العمل لمدة 120 عامًا لتعويض التكاليف المتكبدة في بنائها. "يمكنك أن تتخيل أنه ، بالطريقة التي نبني بها الآن ، ستكون كتلة من الفولاذ المتآكل بحلول ذلك الوقت." من ناحية أخرى ، يمكن أن يظل النموذج الأولي للخرسانة الرومانية سليماً لعدة قرون.

يقول جاكسون إنه بينما أجاب الباحثون على العديد من الأسئلة حول ملاط ​​الخرسانة ، فإن التفاعلات الكيميائية طويلة المدى في المواد التجميعية تظل غير مستكشفة. تنوي مواصلة عمل بليني وغيره من العلماء الرومان الذين عملوا بجد لاكتشاف أسرار الخرسانة الخاصة بهم. يقول جاكسون: "كان الرومان مهتمين بهذا الأمر". "إذا كنا بصدد البناء في البحر ، فينبغي أن نهتم به أيضًا."


لماذا استمرت الخرسانة الرومانية لفترة طويلة؟

يبدو البانثيون جيدًا بالنسبة لمبنى عمره 1900 عام ، مع الأخذ في الاعتبار أنه أكبر قبة خرسانية غير مسلحة في العالم. ربما يكون ذلك بسبب عدم تقويته ، لذلك لم يكن هناك حديد يصدأ ويتوسع ، أو ربما لأن الخرسانة الرومانية كانت مختلفة عن الأشياء التي نستخدمها اليوم. لاحظت TreeHugger من قبل أن الخرسانة الرومانية كانت أكثر خضرة بكثير من خلطات اليوم ، وأظهرت دراسة جديدة قام بها باحثون في مختبر بيركلي أن الخرسانة تزداد قوة بمرور الوقت.

على عكس الخرسانة الحديثة التي تتقلص فعليًا ، وتفتح شقوقًا صغيرة تنتشر وتسمح للرطوبة بالدخول ، فإن الخرسانة الرومانية ، المصنوعة من الرماد البركاني بدلاً من الأسمنت البورتلاندي ، هي في الواقع ذاتي الشفاء كأشكال رابطة بلورية وتمنع الخرسانة من التصدع أكثر. وفقًا لماري جاكسون من جامعة كاليفورنيا في بيركلي:

لذلك لن يكون للخرسانة المصنوعة من الرماد البركاني بصمة كربونية أقل بكثير فحسب ، بل ستستمر لفترة أطول. يستمر جاكسون بنبرة أكثر شمولية:

يمثل تصنيع الأسمنت ما يصل إلى 7 ٪ من ثاني أكسيد الكربون المنتج كل عام ، وتعتبر كمية المواد التي يتم صبها هذه الأيام غير عادية. أخبر فاكلاف سميل بيل جيتس أن الإحصاء الموضح أعلاه هو الأكثر إثارة للإعجاب في كتابه ، صنع العالم الحديث: المواد والتخلص من المواد. نحن نستخدم الكثير من الأشياء ولا تدوم طويلاً كما اعتقدنا. وقت التغيير.


شاهد الفيديو: تقرير #إنتاج مواد مضافة للخرسانة لـ #خالد السلطان #رواد الابتكار الموسم الثاني 20 05 2020 (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Isa

    أنا آسف ، ولكن ، في رأيي ، ترتكب أخطاء. نحن بحاجة إلى مناقشة.

  2. Maccoll

    أقترح عليك زيارة الموقع حيث توجد العديد من المقالات حول هذا الموضوع.

  3. Bohort

    الجواب المثالي

  4. Alex

    فكرة متعاطفة

  5. Aracage

    أنا أشك في ذلك.

  6. Rodwell

    بيننا نتحدث ، سأحاول حل هذه المشكلة نفسها.



اكتب رسالة