Roma mimarisindeki sır açıklandı! Romalılar yapılarında bilimi nasıl kullanıyordu?

Araştırmacılar uzun yıllardır arkeologlar ve tarihçilerle birlikte çalışarak, Romalıların dünyanın gördüğü en kalıcı anıtlardan bazılarını inşa etmelerini sağlayan Roma İmparatorluğu beton yapım teknolojileri ve tekniklerinin büyüleyici sırlarını çözmeye çalışıyorlar. Science Advances dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve Harvard Üniversitesi'nden araştırmacılar, Almanya ve İsviçre'deki laboratuarlardan uzmanların da desteğiyle, Roma betonunun neden bu kadar yüksek kalitede olduğunu açıklayan temel gerçeğin ne olduğuna inandıklarını açıkladılar.

ROMA MİMARİSİNİN MİRASI

Antik Romalılar en büyük başarıları arasında büyük ölçekte inşa etme sanatını mükemmelleştirmişlerdir. Mimarları ve mühendisleri, günümüze kadar büyük ölçüde ayakta kalan karmaşık ve kapsamlı bir yollar, su kemerleri, köprüler, limanlar, stadyumlar ve kamu binaları ağı inşa etmişlerdir.

Roma beton formülleri tarihsel açıdan büyüleyici bir konudur, ancak pratik bir bakış açısıyla Romalıların bildikleri, bugün bile beton yapım metodolojilerini geliştirmeye yardımcı olabilir.

Bu soruya yanıt arayan araştırmacılar, Roma beton yapılarını incelemek ve en temel bileşenlerini belirlemek amacıyla örnekleri yakından analiz etmek için çok zaman ve enerji harcadılar. Son bulgulardan sorumlu bilim insanları ekibi arasında MIT inşaat ve çevre mühendisliği profesörü Admir Masic ve eski MIT doktora öğrencisi Linda Seymour da yer alıyor. Her ikisi de 2021 yılında Caecilia Metella adlı soylu bir kadının 2.053 yıllık Roma mezarı üzerinde yapılan ve aradan geçen muazzam zamana rağmen büyük ölçüde hasar görmeden kalan dönüm noktası niteliğindeki çalışmaya katılmışlardı.

Masic, Seymour ve bu çalışmaya katılan diğer bilim insanları, Roma Cumhuriyeti'nin son günlerinde ilk inşasından bu yana mezarın bozulmadan kalmasını sağlayan başlıca etkenin hidratlı kireç ve volkanik camdan yapılan inanılmaz derecede güçlü bir harç olduğunu buldular.

Şimdi Masic ve Seymour, yeni bir grup uzmanla birlikte, Roma beton yapı teknikleri hakkında, yapılarının şaşırtıcı ömürlerini açıklamaya yardımcı olan bir başka önemli keşif daha yaptılar. Ve ilginçtir ki, bir kez daha kireçten yapılan eşsiz bir malzemenin belirleyici bir fark yarattığı görülmüştür.

ROMALILAR MİMARİDE BİLİMİ NASIL KULLANDILAR?

Araştırmacılar uzun bir süre Roma betonunun dayanıklılığının temel nedeninin bu betonda bulunan özel bir volkanik kül türü olduğuna ikna oldular. Söz konusu kül türü, Napoli Körfezi'ndeki Pozzuoli şehri çevresinde meydana gelen patlamalardan geldiği için puzolanik kül olarak biliniyordu. Bu özel kül, sert ve dayanıklı kimyasal bileşimi nedeniyle Roma İmparatorluğu'ndaki inşaat projelerinde yaygın olarak kullanılıyordu.

Ancak MIT bilim insanları ve meslektaşları, Roma betonunun dayanıklılığından tamamen bu volkanik külün sorumlu olmadığını ortaya koydu. Araştırmacılar, çeşitli örneklerin kapsamlı bir incelemesi sırasında, eski beton üretim yöntemlerinin "kendi kendini iyileştiren temel işlevler" olarak adlandırdıkları şeyleri içerdiğini buldular.

Bu terminoloji ile kastedilen, Roma betonunda bol miktarda bulunan ve "kireç parçaları" olarak bilinen küçük, parlak beyaz mineral parçalarıdır.

Daha önce, bu sertleşmiş kireç parçalarının beton formülünde önemli bir rol oynamayan kirleticiler olduğu varsayılıyordu. Ancak Amiral Masic bu fikre her zaman şüpheyle yaklaşmış ve bunun doğru olmadığını kanıtlamak için yola çıkmıştı. Amiral Masic şu ifadeleri kullandı:

- Antik Roma betonuyla ilk çalışmaya başladığımdan beri bu özellikler beni hep büyülemiştir." "Bu kireç parçalarının varlığının basitçe düşük kalite kontrolünden kaynaklandığı fikri beni her zaman rahatsız etti. Eğer Romalılar, yüzyıllar boyunca optimize edilmiş tüm ayrıntılı tarifleri izleyerek olağanüstü bir inşaat malzemesi yapmak için bu kadar çaba harcıyorlarsa, neden iyi karıştırılmış bir nihai ürünün üretilmesini sağlamak için bu kadar az çaba harcasınlar? Bu hikâyede daha fazlası olmalıydı.

Ve gerçekten de vardı. Bilim insanları, kireç parçalarını moleküler düzeyde incelemek için MIT'de öncülük edilen yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve kimyasal haritalama tekniklerini kullandılar. Bunu yaptıklarında, kireçtaşına uygulandığında sönmemiş kireç olarak bilinen bir madde üreten yüksek ısıya maruz kaldıklarını gösteren işaretler buldular.

Bilim insanları sönmemiş kirecin betonda ekstra bir bileşen olarak kasıtlı bir şekilde oluşturulduğunu ve istenmeyen bir kirletici olmadığını tespit etti ve şu ifadeler kullanıldı:

- Sıcak karıştırmanın faydaları iki yönlüdür, Masic. "İlk olarak, tüm beton yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında, sadece sönmüş [soğuk karıştırılmış] kireç kullandığınızda mümkün olmayan kimyasallara izin verir ve aksi takdirde oluşmayacak yüksek sıcaklıkla ilişkili bileşikler üretir. İkincisi, tüm reaksiyonlar hızlandığı için bu yüksek sıcaklık kürlenme ve priz sürelerini önemli ölçüde azaltarak çok daha hızlı inşaat yapılmasını sağlar.

Sıcak karıştırma işleminin bir sonucu olarak, üretilen kireç parçaları oldukça kırılgandı, öyle ki herhangi bir şey betonun çatlamasına neden olduğunda, kuvvet kireç parçalarına da yansıyacak ve onlar da çatlamaya başlayacaktı. İnanılmaz bir şekilde, ufalanan kireç parçaları daha sonra çatlaklardan betona nüfuz eden suyla reaksiyona girerek hem betondaki tüm çatlakları doldurmak için sertleşen hem de bloklara ekstra güç katmak için puzolanik malzemelerle reaksiyona giren kalsiyuma doymuş bir çözelti oluşturuyordu.

Başka bir deyişle, doğa güçleri betonu parçalamakla tehdit ettiğinde kireç parçaları betonu otomatik olarak iyileştirecekti.

Araştırmacılar, kireç parçalarının kendi kendini iyileştirme kapasiteleri hakkındaki sonuçlarını test etmek için hem antik Roma hem de modern beton yapım formüllerini kullanarak sıcak karışım beton örnekleri ürettiler. Daha sonra çeşitli numuneleri bilerek çatlattılar ve ne olacağını görmek için çatlaklardan su döktüler.

Tahmin edildiği gibi, Roma İmparatorluğu betonundan yapılan çatlak bloklar en fazla iki hafta sonra tamamen iyileşti ve artık su girişine karşı savunmasız değildi. Buna karşılık, modern beton formüllerinden yapılan örnekler çatlak kalmaya devam etti ve sürekli su akışına maruz kalırlarsa daha da bozulacaklardı.

Admir Masic'in MIT'deki araştırma laboratuvarında malzeme bilimciler, çimento üretiminin küresel iklim üzerindeki etkisini azaltabilecek yeni beton formülleri üzerinde çalışıyorlar (çimento üretimi şu anda küresel sera gazı emisyonlarının yaklaşık yüzde sekizini oluşturuyor). Masic, Roma su kemerleri veya kamu binaları kadar uzun ömürlü çimento blok yapıların çok sık onarılması veya değiştirilmesi gerekmeyeceğinden, daha uzun ömürlü betonun bu oranı düşürmeye yardımcı olabileceğine dikkat çekiyor.