حتی امروزه، یکی از این سازه ها، پانتئون در رم، که برای نزدیک به 2000 سال دست نخورده باقی مانده است، همچنان رکورد بزرگترین گنبد بتنی جهان را در اختیار دارد. خواص و راز این بتن اغلب در ترکیبات آن نهفته است: پوزولانا و آهک، مخلوطی از خاکستر آتشفشانی که به نام شهر ایتالیایی پوزولی نامگذاری شده است. هنگامی که این دو ماده با آب ترکیب می شوند، بتن بسیار قوی تشکیل می شود.
به گزارش یورونیوز، اما این تمام ماجرا نیست. در سال 2023، یک تیم تحقیقاتی بین المللی به رهبری موسسه فناوری ماساچوست (MIT) دریافتند که نه تنها مواد مورد استفاده برای ساخت این بتن کمی متفاوت از آنچه قبلا تصور می شد، بلکه روش های اختلاط آنها نیز متفاوت است.
ردپایی از این تفاوت در تکه های کوچک آهک سفید رنگی یافت شد که به نظر می رسید در بتن که ظاهراً به خوبی مخلوط شده بود وجود داشته باشد. وجود این ورقه‌ها قبلاً به کیفیت پایین مخلوط یا ماده نسبت داده می‌شد، اما این فرضیه برای دانشمند مواد MIT، Admir Masic، منطقی نبود.
ماسیک می‌گوید: «همیشه تعجب می‌کنم که وجود این درجات سنگ آهک صرفاً به دلیل عدم کنترل کیفی است، اگر رومی‌ها تلاش زیادی برای ایجاد یک مصالح ساختمانی خارق‌العاده انجام دادند و دقیقاً تمام دستورالعمل‌ها را کامل کردند در طول قرن‌ها، چرا آنها برای تولید محصول نهایی تا این حد تلاش کردند.
این تیم به رهبری Masik و مهندس عمران MIT، لیندا سیمور، نمونه‌های 2000 ساله بتن رومی را که از محوطه باستانی پرائورنو در ایتالیا گرفته شده بود، به دقت بررسی کردند. برای درک بهتر قطعات سنگ آهک، آن ها این نمونه ها را با اسکن ویژه و طیف سنجی پراکنده اشعه ایکس و همچنین «پراش اشعه ایکس پودری» و تصویربرداری کانفوکال رامان بررسی کردند.
یکی از سوالات مربوط به ماهیت آهک مورد استفاده بود. درک استاندارد بتن پوزولانی استفاده از آهک کنده شده در ساخت آن است. ابتدا سنگ آهک در دمای بالا گرم می شود تا پودر بسیار واکنش پذیری به نام آهک زنده یا اکسید کلسیم تولید شود.
ترکیب آهک زنده با آب باعث تولید آهک خشک یا هیدروکسید کلسیم می شود که خمیر کمی واکنش پذیر و خورنده کمتر است. یک نظریه رایج این است که این آهک خشک شده بود که رومیان باستان آن را با بوزولانا اشتباه می گرفتند.
بر اساس تجزیه و تحلیل تیم تحقیقاتی، ذرات آهک در نمونه های بتن رومی به طور کلی با این روش سازگار نیستند. در عوض، بتن رومی احتمالاً با اختلاط مستقیم آهک زنده با پوزولانا و آب در دماهای بسیار بالا تولید شده است. روشی که تیم آن را «اختلاط داغ» می‌نامد، باعث تشکیل فلس‌های آهک می‌شود.
ماسیک می‌گوید: «اول از همه، وقتی کل بتن به دمای بالا می‌رسد، واکنش‌هایی را ایجاد می‌کند که با آهک کم‌ممکن نیست و منجر به تولید ترکیباتی می‌شود که فقط در دماهای بالا تشکیل می‌شوند. ثانیاً، این دمای بالاتر زمان سخت شدن و سخت شدن بتن را تا حد زیادی کاهش می دهد و باعث می شود ساخت و ساز سریعتر انجام شود.
این روش یک مزیت دیگر نیز دارد: تراشه های آهک به بتن خاصیت خود ترمیمی فوق العاده می دهد. هنگامی که ترک در بتن ایجاد می شود، این ترک ها به سمت ذرات آهکی حرکت می کنند که سطح بیشتری نسبت به سایر ذرات در سازه بتنی دارند. هنگامی که آب وارد شکاف می شود، با آهک واکنش نشان می دهد و محلولی غنی از کلسیم تشکیل می دهد که خشک شده و به کربنات کلسیم تبدیل می شود که ترک را به هم متصل می کند و از انبساط بیشتر آن جلوگیری می کند.
این خاصیت خود ترمیمی در بتن مقبره Cacilia Metla نیز مشاهده شده است، سازه 2 ساله دیگری که در آن ترک هایی با کلسیت پر شده است. این ویژگی همچنین ممکن است توضیح دهد که چرا بتن رومی در دیوارهای دریا ساخته شده در 2000 سال پیش با وجود فرسایش مداوم آب دریا هنوز پابرجاست.
برای آزمایش این یافته ها، تیم تحقیقاتی بتن پوزولانی را با استفاده از آهک زنده بر اساس دستورالعمل های قدیمی و جدید ساخت و نمونه کنترلی بدون آهک زنده تولید کرد. آنها آزمایش ترک را روی بتن انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که بتن آهک زنده در عرض دو هفته ترک ها را به طور کامل ترمیم کرد، اما در بتن دیگر ترک ها باقی ماند.
تیم تحقیقاتی در حال حاضر در تلاش برای تجاری سازی این بتن به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای بتن امروزی است.
Masik می‌گوید: «این که فکر کنیم این فرمول‌های بتن بادوام‌تر نه تنها می‌توانند عمر این مواد را افزایش دهند، بلکه دوام فرمول‌های بتن پرینت سه بعدی را نیز افزایش می‌دهند، هیجان‌انگیز است.