古代ローマのコンクリートがどのようにして数千年も長持ちすることができたのか、ついに判明：ScienceAlert

古代ローマ人は建設と工学の達人であり、おそらく最も顕著なのは水道橋に代表されるでしょう。 これらの今も機能する驚異は、ローマの建造物に信じられないほどの強度を与えた驚くほど耐久性のあるコンクリート、ポゾランコンクリートというユニークな建築材料に依存しています。

現在でも、その建物の 1 つであるパンテオンは、ほぼ 2,000 年前のもので無傷であり、世界最大の無筋コンクリート製ドームの記録を保持しています。

このコンクリートの特性は、一般にその成分に起因すると考えられています。ポッツォラーナは火山灰の混合物で、火山灰が大量に堆積しているイタリアのポッツオーリの町にちなんで名付けられました。 ライム。 水と混合すると、2 つの材料が反応して強いコンクリートが生成されます。

しかし、結局のところ、それだけではありません。 そして2023年、マサチューセッツ工科大学（MIT）率いる国際研究チームは、材料が私たちが考えていたものと少し異なるだけでなく、それらを混合するために使用される技術も異なることを発見しました。

発煙筒は小さな白い石灰片で、よく混ぜられたコンクリートと思われるものの中に含まれていました。 これらの破片の存在は、これまで混合や材料の不適切なせいだと考えられていましたが、MIT の材料科学者 Admir Masek 氏にはそれが理解できませんでした。

「これらの石灰岩の塊が存在するのは単に品質管理が不十分なせいだという考えが、私を常に悩ませてきました。」 マセクは言った 2023 年 1 月に戻ります。

「ローマ人が何世紀にもわたって改良された詳細なレシピに従って、高級建築材料を作ることに多大な労力を費やしたのなら、なぜよく混合された最終製品を確実に製造することにそれほど労力を費やさなかったのでしょうか?もっとやるべきことがあるはずです。」この話に。」

マセク氏とマサチューセッツ工科大学（MIT）の土木技師リンダ・シーモア氏率いるチームは、イタリアのペレヴァヌム遺跡から採取した2000年前のローマ時代のコンクリートサンプルを研究した。 これらのサンプルは、石灰質塊をより深く理解するために、大面積走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型 X 線分光法、粉末 X 線回折、および共焦点ラマン イメージングに供されました。

私の頭の中にあった疑問の一つは、使用された石灰の性質でした。 ポゾランコンクリートの標準的な理解は、 消石灰。 まず、石灰石を高温で加熱して、石灰石と呼ばれる反応性の高い苛性粉末を生成します。 生石灰あるいは酸化カルシウムとか。

生石灰を水と混合すると、反応性が低く、苛性の少ないペーストである消石灰、つまり水酸化カルシウムが生成されます。 理論によれば、古代ローマ人がポッツォラーナと混ぜたのはこの消石灰でした。

研究チームの分析によると、サンプル中に見つかった石灰塊はこの方法と一致しませんでした。 あるいは、ローマンコンクリートは、生石灰を単独で、または消石灰に加えて、極度の高温でポッツォラーナおよび水と直接混合することによって作られた可能性がある。研究チームは、このプロセスを「高温混合」と呼んでおり、石灰の粉を生成する。

「ホットミキシングには 2 つの利点があります。」 マセクは言った。

「第一に、骨材コンクリートが高温に加熱されると、消石灰だけを使用した場合には不可能な化学反応が起こり、他の方法では形成できない高温結合化合物が生成されます。第二に、この温度上昇により、硬化と硬化が劇的に減少します。すべての反応が加速されるため硬化時間が短縮され、より迅速な施工が可能になります。」

これにはもう 1 つの利点があります。石灰くずはコンクリートに驚くべき自己修復能力を与えます。

コンクリートに亀裂が形成されると、亀裂はマトリックス内の他の粒子よりも表面積が大きい石灰ブロックに優先的に移動します。 亀裂に水が侵入すると、石灰と反応してカルシウムが豊富な溶液が形成され、炭酸カルシウムのように乾燥して固まり、亀裂を再びくっつけて亀裂がさらに広がるのを防ぎます。

これ 注目されました 別の 2,000 年前の遺跡であるチェシリア メテッラの墓のコンクリートでは、コンクリートの亀裂が方解石で埋められていました。 また、2,000年前に建設された防潮堤のローマンコンクリートが、絶え間なく海が打ち寄せているにもかかわらず、何千年もそのままの状態で残っている理由も説明できるかもしれません。

そこでチームは、生石灰を使用した古代および現代のレシピからポゾランコンクリートを作成して、その結果をテストしました。 また、生石灰を使用しない対照コンクリートを作成し、ひび割れ試験も実施した。 案の定、ひび割れた石灰岩コンクリートは 2 週間以内に完全に硬化しましたが、対照コンクリートはひび割れたままでした。

チームは現在、現在のコンクリートに代わるより環境に優しい代替品としてコンクリートを販売することに取り組んでいます。

「これらのより耐久性の高いコンクリート組成物がこれらの材料の耐用年数をどのように延ばすことができるかだけでなく、3D プリントされたコンクリート組成物の耐久性をどのように向上させることができるかを考えるのは刺激的です。」 マセクは言った。

この研究は、 科学の進歩。

この記事のバージョンは 2023 年 1 月に初めて公開されました。