جديد

يكتشف الباحثون وصفة سرية للخرسانة الرومانية سمحت لها بالبقاء لأكثر من 2000 عام

يكتشف الباحثون وصفة سرية للخرسانة الرومانية سمحت لها بالبقاء لأكثر من 2000 عام


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.

تعد وصفة روما القديمة الملموسة إنجازًا رائعًا في تاريخ العمارة. بعض المباني الرومانية مذهلة للغاية في بنائها وجمالها لدرجة أن البنائين المعاصرين لن يحاولوا أبدًا القيام بشيء مماثل ، حتى مع التكنولوجيا الحالية. بدأ المهندسون الآن في فهم سبب ثورة الخرسانة الرومانية القديمة.

شيدت روما العديد من مبانيها ومعالمها بالخرسانة المصنوعة من الجير والرمل البركاني والصخور البركانية. لقد صمدت مباني وهياكل الرومان القدماء ، والتي تعتبر من أكثر المباني روعة في العالم ، في الصمود أمام الهجمات الكيميائية والفيزيائية لمدة 2000 عام وما زالت قائمة.

سمحت وصفة خرسانية متقدمة للرومان ببناء هياكل رائعة لا يجرؤ أي منشئ على تجربتها اليوم. المصدر: BigStockPhoto

وجدت الأبحاث السابقة بالفعل أن الخرسانة الرومانية كانت أفضل بكثير من الخرسانة الحديثة الخاصة بنا ، والتي صُنعت لتحمل حوالي 120 عامًا.

كان معروفًا منذ فترة أن الرمال البركانية المستخدمة في الخرسانة والملاط الرومانية جعلت مبانيهم تدوم لفترة طويلة. الآن اكتشفت دراسة جديدة أجراها مجموعة من المهندسين والباحثين الهندسيين الوصفة الدقيقة التي جعلت الخرسانة الرومانية تدوم لفترة أطول بكثير من الخرسانة المستخدمة اليوم.

استخدم الباحثون وصفة قديمة كتبها المهندس المعماري الروماني فيتروفيوس لخلط دفعة من الملاط. تركه المهندسون يصلب لمدة ستة أشهر ونظروا إليه بالمجاهر. ووجدوا أن مجموعات من المعادن الكثيفة تتشكل خلال العملية الرومانية. هذه البلورات الستراتلينجيت ، التي تكونت من الرمل البركاني أثناء ارتباطها بالحجر الجيري ، حالت دون انتشار الشقوق عن طريق تعزيز المناطق البينية. المناطق البينية هي حلقات ضعيفة داخل الخرسانة.

قطعة مكبرة من الخرسانة الرومانية تتكون من الجير والرمل البركاني والصخور ( ويكيميديا ​​كومنز )

لا يقتصر الأمر على كون الخرسانة الرومانية أكثر ديمومة. كما أنه ليس سيئًا على البيئة في تصنيعه لأن المزيج يحتاج فقط إلى التسخين إلى 900 درجة مئوية مقابل 1450 من الخرسانة الحديثة.

كتب موقعنا في عام 2013: "قد تكون الخرسانة الحديثة الأقوى والأطول عمراً ، والمصنوعة بوقود أقل وإطلاق أقل للكربون في الغلاف الجوي ، إرثًا لفهم أعمق لكيفية صنع الرومان للخرسانة التي لا تضاهى". وفقًا للدراسة الجديدة ، فإن تسخين الحجر الجيري بـ19 مليار طن من الأسمنت البورتلاندي المصنوع سنويًا يمثل 7 في المائة من الكربون الذي يطلقه الإنسان في الغلاف الجوي.

سقف البانثيون مصنوع بالكامل من الخرسانة الرومانية. تنسب إليه: جوليو مينا / فليكر

تقع روما بين منطقتين بركانيتين ، مونتي ساباتيني في الشمال وتلال ألبان في الجنوب. عندما أصبح أغسطس أول إمبراطور لروما في عام 27 بعد الميلاد ، بدأ حملة بناء. بعد أن استقر البناؤون على استخدام الرماد البوزولوني من تدفق رماد بوزولاني روسي في ألبان هيلز ، أصدر أوغسطس مرسومًا بأن الملاط البوزولوني هو المعيار في المباني الرومانية. عزز هذا القرار الإرث المعماري الدائم لروما. وجد المهندسون المعماريون الرومان أن هذا الملاط حسّن بشكل كبير هامش الأمان في المباني ، التي أصبحت أكثر جرأة في تصميمها.

قد يكون المثال النموذجي لهذا هو البانثيون الروماني المذهل ، وهو مبنى خرساني ضخم توج بقبة يبلغ ارتفاعها 142 قدمًا. تم بنائه في القرن الثاني الميلادي.

ال رومان بانيثون ، مبنى خرساني ضخم صمد منذ ما يقرب من 2000 عام. المصدر: BigStockPhoto

يقول ديفيد مور ، مؤلف كتاب البانثيون الروماني: انتصار الخرسانة . يقول موقع Smithsonian.com: "لن تسمح القواعد الحديثة للممارسات الهندسية بمثل هذا الأذى".

الصورة المميزة: تم استخدام الخرسانة الرومانية لبناء البانثيون الرائع الذي استمر لألفي عام. المصدر: BigStockPhoto.

بقلم مارك ميلر


الإنجازات الرومانية

كان من الأتروسكان ، الذين عاشوا في الجزء الشمالي من إيطاليا ، استمد الرومان الكثير من تقنيات البناء المبكرة. طور الأتروسكان ، الذين تأثروا على الأرجح ببعض الأمثلة اليونانية النادرة في جنوب إيطاليا ، القوس الحقيقي في الحجر. عينة متأخرة من القرن الثالث قبل الميلاد هي بورتا مارزيا ، وهي بوابة مدينة مقوسة تمتد على حوالي 6 أمتار (20 قدمًا) ، في بيروجيا. كان لدى Etruscans أيضًا تقنية عالية التطور من الطين وصنعوا طوبًا ممتازًا.


اكتشف العلماء سر روما في مقاومة الخرسانة المقاومة للماء

لطالما تعجب المهندسون والمعماريون من متانة ومرونة الخرسانة الرومانية. الأرصفة التي تم بناؤها منذ 2000 عام لا تزال قائمة حتى يومنا هذا. وفي الوقت نفسه ، فإن العديد من هياكل الموانئ الحديثة لدينا تنهار بالفعل.

يعتقد العلماء في الولايات المتحدة الآن أنهم ربما كشفوا سر العمر الطويل غير العادي للخرسانة الرومانية.

التركيبة السرية

أجرى الباحثون أبحاثهم من خلال دراسة النوى الخرسانية من الرصيف الروماني القديم Portus Cosanus في منطقة Orbetello في إيطاليا. اكتشفوا أن المهندسين الرومان استخدموا مزيجًا من الرماد البركاني ومياه البحر والجير ، مما أدى إلى تفاعل كيميائي أدى إلى زيادة التماسك مع التعرض لمياه البحر ، حتى بعد أن تم تثبيت الخرسانة تقنيًا.

أدى هذا "التفاعل البوزولاني" إلى تكوين بلورات في فجوات الخرسانة. كما ساعد أيضًا في منع التشققات من النمو داخل الهيكل ، مما يوفر التعزيز الداخلي بمرور الوقت.

الدراسة المنشورة في المجلة American Mineralogist، استخدم إجراءً جديدًا يتضمن أشعة سينية عالية الطاقة لاختراق الخرسانة الرومانية.

تصنع الخرسانة الحديثة من مواد لا تتفاعل بنفس الطريقة عند مزجها بمياه البحر. ومع ذلك ، فقد لاحظ الباحثون تفاعلًا مشابهًا في الأسمنت الطبيعي المسمى "tuffs" ، والذي يوجد بالقرب من سفوح البراكين. يفترضون أنه من هذا استوحى الرومان إلهامهم.

هل قرأت؟

تطبيقات عملية

قالت الدكتورة ماري جاكسون ، التي ترأس جامعة كاليفورنيا: "أعتقد أن [البحث] يفتح منظورًا جديدًا تمامًا لكيفية صنع الخرسانة". دراسة بيركلي.

يعتقد فريق البحث أن هذه المعرفة الرومانية يمكن تطبيقها على ممارسات البناء الحديثة. إنهم يأملون في إعادة بناء الخرسانة الرومانية باستخدام مياه البحر من خليج سان فرانسيسكو والرماد من المناطق البركانية في غرب الولايات المتحدة مثل يلوستون.

في مقابلة ، قال جاكسون لبرنامج توداي على إذاعة بي بي سي راديو 4 إن الخرسانة ذات الطراز الروماني القائمة على الرماد البركاني ستكون مثالية لمشروع تيدال لاجون الذي على وشك البدء في البناء في ويلز.

وقالت: "كان الأسلوب الروماني قائمًا على بناء هياكل ضخمة جدًا تكون في الواقع مستدامة بيئيًا وطويلة الأمد". "أعتقد أن الخرسانة الرومانية ، أو نوعًا منها ، ستكون خيارًا جيدًا للغاية بالنسبة لسوانسي. سيتطلب هذا المشروع 120 عامًا من عمر الخدمة لإطفاء الاستثمار."

كما أعربت عن مخاوفها من أن الأعمدة الفولاذية التي يتم تركيبها بشكل عام في مثل هذه المشاريع من المحتمل أن تتآكل بمرور الوقت ، بسبب التعرض لمياه البحر.


الخرسانة الرومانية

عادة ما يتم تغطية الخرسانة لأن الجدران الخرسانية تعتبر غير جمالية. قام البناؤون الرومان بتغطية جدران المباني بالحجارة أو كتل صغيرة مربعة الشكل غالبًا ما تشكل أنماطًا جميلة ، مشيرًا إلى أن المباني الخرسانية المواجهة للطوب كانت شائعة في روما خاصة بعد الحريق الكبير عام 64 بعد الميلاد.

صيغة الخرسانة الرومانية

قبو خرساني روماني قديم في روما
CC-BY-2.0

تم صنع الخرسانة عن طريق الخلط مع الماء: 1) ركام يحتوي على قطع أو صخور ، بلاط خزفي ، قطع من الطوب من منشآت تم هدمها سابقًا ، 2) غبار بركاني (يسمى البوزولانا) و 3) الجبس أو الجير. عادة ما يكون الخليط عبارة عن نسبة جزء واحد من الجير لثلاثة أجزاء من الرماد البركاني. بوزولانا يحتوي على كل من السيليكا والألومينا ويخلق تفاعلًا كيميائيًا يعزز تماسك الملاط.

كان هناك العديد من الاختلافات في الخرسانة وشهدت روما حتى الثورة الخرسانية التي مثلت تقدمًا في تكوين الخرسانة وسمحت ببناء المعالم الأثرية الرائعة مثل البانثيون. على سبيل المثال ، اكتشف البناؤون الرومان أن إضافة الطين المسحوق إلى الهاون خلقت مادة مقاومة للماء يمكن استخدامها بعد ذلك مع الصهاريج والمنشآت الأخرى المعرضة للمطر أو الماء.

أتقن الرومان الخرسانة تحت الماء بحلول منتصف القرن الأول الميلادي. تعطينا مدينة قيسارية مثالًا رائعًا على البناء الروماني. كانت تقنية الإنتاج مذهلة تمامًا: كان المزيج عبارة عن جزء واحد من الجير لرماد بركاني مكون من جزأين ، وتم وضعه في طوف بركاني أو صناديق خشبية صغيرة. ثم تقوم مياه البحر بترطيب الجير وتسبب تفاعلًا كيميائيًا ساخنًا يؤدي إلى تصلب الخرسانة.

ميناء قيسارية قبل واليوم - روبرت ترينغو ، الجمعية الجغرافية الوطنية

هل كانت الخرسانة الرومانية أفضل من الخرسانة الحديثة؟

في الواقع ، قيل أن الخرسانة المستخدمة من قبل الرومان كانت ذات جودة أفضل من الخرسانة المستخدمة اليوم. أظهرت الأبحاث الحديثة التي أجراها علماء أمريكيون وإيطاليون أن الخرسانة المستخدمة في صناعة الموانئ الرومانية في البحر الأبيض المتوسط ​​كانت أكثر مقاومة من الخرسانة الحديثة (المعروفة باسم الأسمنت البورتلاندي).

كانت عملية الإنتاج مختلفة بشكل كبير. يصنع الأسمنت البورتلاندي عن طريق تسخين الطين والحجر الجيري في درجات حرارة عالية (تُضاف أيضًا مواد مضافة مختلفة) بينما استخدم الرومان الرماد البركاني وكمية أقل بكثير من الجير المسخن في درجات حرارة منخفضة مقارنة بالطرق الحديثة.

على سبيل المثال ، لا تزال الموانئ الرومانية سليمة اليوم بعد 2000 عام من تكسير الأمواج على حواجز الأمواج في الموانئ بينما تبدأ الخرسانة البورتلاندية في التآكل في أقل من 50 عامًا من الضربات البحرية. كان للخرسانة من روما القديمة أيضًا خصائص الانحناء التي لا تمتلكها الخرسانة البورتلاندية بسبب الجير والرماد البركاني ، وهو ما يفسر سبب عدم تصدعها بعد بضعة عقود.


جسور ناتئ وقوس آسيوي

كانت الجسور الكابولية الخشبية شائعة في آسيا. استخدم التصميم الأساسي أكوامًا مدفوعة في قاع النهر وقوارب قديمة مليئة بالحجارة غرقت بينها لإنشاء أساسات تشبه سد النهر. عندما وصلت أعلى القوارب المليئة بالحجارة فوق مستوى المياه المنخفضة ، كانت طبقات من جذوع الأشجار تتقاطع بطريقة تجعلها ، مع ارتفاعها في الارتفاع ، تتدفق بعيدًا نحو الأرصفة المجاورة. في الجزء العلوي ، تم ربط أرصفة الكابول على شكل Y بواسطة جذوع الأشجار الطويلة. من خلال تقاطع جذوع الأشجار ، سمح البناة للمياه بالمرور عبر الأرصفة ، مما يوفر مقاومة أقل للفيضانات مقارنةً بالتصميم الصلب. في هذا الصدد ، أنذرت هذه التصاميم ببعض مزايا الجسور الحديدية المبكرة.

في أجزاء من الصين ، كان على العديد من الجسور الوقوف في الطمي الإسفنجي لوديان الأنهار. نظرًا لأن هذه الجسور كانت عرضة لمجموعة متنوعة لا يمكن التنبؤ بها من التوتر والضغط ، فقد أنشأ الصينيون جسرًا حجريًا مرنًا. باستخدام ألواح حجرية رفيعة منحنية ، أدت الجسور إلى حدوث تشوه كبير قبل الانهيار.

في الجسر الحجري العظيم (المعروف أيضًا باسم جسر Zhaozhou) في مقاطعة خبي الجنوبية ، الصين ، الذي بناه لي تشون بين 589 و 618 م ، يبلغ ارتفاع الطول الفردي 37 مترًا (123 قدمًا) 7 أمتار فقط (23 قدمًا) من دعامات التاج. هذه النسبة من الارتفاع إلى الامتداد 1: 5 ، وهي أقل بكثير من نسبة 1: 2 الموجودة في الأقواس نصف الدائرية ، أنتجت قوة دفع كبيرة ضد الدعامات. لتقليل الوزن ، قام البناة بفتح الأعمدة (الجدران بين القبو الداعم والسطح). وهكذا استخدم الجسر الحجري العظيم شكلاً نادرًا ما يُرى في أوروبا قبل منتصف القرن الثامن عشر ، وتوقع التصاميم الخرسانية المسلحة لروبرت مايلرت في القرن العشرين.


6. الطرق والطرق السريعة

كانت الإمبراطورية الرومانية في أوجها تضم ​​ما يقرب من 1.7 مليون ميل مربع وتضم معظم جنوب أوروبا. لضمان الإدارة الفعالة لهذا المجال المترامي الأطراف ، بنى الرومان نظام الطرق الأكثر تعقيدًا الذي شهده العالم القديم على الإطلاق. هذه الطرق الرومانية & # x2014 الكثير منها لا تزال قيد الاستخدام حتى اليوم & # x2014 تم بناؤها بمزيج من الأوساخ والحصى والطوب المصنوع من الجرانيت أو الحمم البركانية الصلبة. التزم المهندسون الرومانيون بمعايير صارمة عند تصميم طرقهم السريعة ، حيث أنشأوا طرقًا مستقيمة الأسهم منحنية للسماح بتصريف المياه. بنى الرومان أكثر من 50000 ميل من الطرق بحلول عام 200 م ، في المقام الأول في خدمة الغزو العسكري. سمحت الطرق السريعة للفيلق الروماني بالسفر لمسافة تصل إلى 25 ميلاً في اليوم ، وشبكة معقدة من مكاتب البريد تعني أن الرسائل وغيرها من المعلومات الاستخباراتية يمكن نقلها بسرعة مذهلة. غالبًا ما كانت تتم إدارة هذه الطرق بنفس طريقة إدارة الطرق السريعة الحديثة. أبلغت علامات وعلامات الميل الحجري المسافرين عن المسافة إلى وجهتهم ، في حين عملت العناصر التكميلية الخاصة للجنود كنوع من دوريات الطرق السريعة.


يمكن أن تعلمنا الدراسات الجديدة للخرسانة القديمة أن نفعل كما فعل الرومان

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

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 على 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.

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".

ملخص فيديو للخصائص الرائعة للخرسانة الرومانية. الائتمان: جامعة يوتا

إعادة اكتشاف الخرسانة الرومانية

بدأ اهتمام جاكسون بالخرسانة الرومانية بسنة 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 شديدة المرونة. 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 بواسطة مشروع ROMACONS في 2002-2009 ، وجد جاكسون وزملاؤه معدنًا نادرًا للغاية ، 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.

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. وتقول: "لم ينتج أحد التوبرموريت عند 20 درجة مئوية". "أوه ، ما عدا الرومان!"

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

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.

تُظهر هذه الصورة المجهرية مادة رابطة الكالسيوم والألومنيوم وسيليكات الهيدرات (C-A-S-H) المتكتلة التي تتشكل عندما يختلط الرماد البركاني والجير ومياه البحر. نمت بلورات بلاتي من التوبرموريت بين مصفوفة الأسمنت C-A-S-H. الائتمان: ماري جاكسون.

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

الخرسانة الرومانية الحديثة

بالنظر إلى مزايا 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 تكوين الخرسانة بالكامل.

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

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 تنتشر الخرسانة الرومانية ، ولكنها قد 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 سنبني في البحر ، فينبغي أن نهتم به أيضًا".


تاريخ الصخور الصلبة للخرسانة

كيف بنى الحجر الجيري والصخور والرماد البركاني العالم الحديث.

قصة الخرسانة قديمة جدًا لدرجة أننا لا نعرف حتى متى وأين تبدأ. إنها قصة اكتشاف وتجريب وغموض. أصبح الأباطرة والملوك أساطير لبناء هياكل خرسانية عظيمة ، والتي لا يزال بعضها لغزا للمهندسين اليوم. وجد العديد من أمهر المهندسين المعماريين في التاريخ الإلهام في ألواح مواد البناء الرمادية. طور عمال البناء العاديون التكنولوجيا ، ولعب الرجل المخادع دورًا حاسمًا في تطوير الوصفات الخرسانية.

اليوم ، يمتلئ العالم حرفياً بالخرسانة ، من الطرق والأرصفة إلى الجسور والسدود. أصبحت الكلمة نفسها مرادفًا لشيء حقيقي وملموس. اضغط على بصمات يديك في الرصيف ووقع اسمك على التاريخ. هذه هي قصة الخرسانة.

الاسمنت الأول و mdashand ربما الخرسانة؟

دعنا نخرج هذا من الطريق هنا: الأسمنت والخرسانة ليسا نفس الشيء. الأسمنت ، وهو خليط من مسحوق الحجر الجيري والطين ، هو مكون في الخرسانة إلى جانب الماء والرمل والحصى. أصبح اختراع الخرسانة ممكنًا من خلال تطوير الأسمنت ، ولتتبع تاريخ الأسمنت ، يجب علينا تتبع استخدام مكوناته.

يرجع تاريخ أقدم استخدام معروف للحجر الجيري في هيكل إلى حوالي 12000 عام. تم العثور عليه في معبد G & oumlbekli Tepe في تركيا الحديثة. يشير المعبد التاريخي إلى أن انتقال البشرية من البدو إلى الحضارة ربما لم يكن بسبب الزراعة ، ولكن بسبب الرغبة في التجمع والعبادة في بناء عظيم. يتكون الحجر الجيري من أعمدة G & oumlbekli Tepe المنحوتة على شكل حرف T.

في آلاف السنين التي مرت بين هذا الهيكل والخرسانة المذهلة في العصر الروماني ، طورت الثقافات حول العالم مواد بناء أفضل ، والتي قد ترى بعضها كنوع من الخرسانة الأولية. في الآونة الأخيرة ، على سبيل المثال ، تساءل علماء الآثار عما إذا كان يمكن العثور على شكل مبكر من الخرسانة في الأهرامات المصرية. تقول الفرضية أن المصريين ربما لم يسحبوا كل لبنة بناء الأهرامات ، لكن يمكن صب الكتل باتجاه قمة الأهرامات في قالب تمامًا كما نصب الخرسانة في قالب اليوم لإعطائها شكلها. ومع ذلك ، يعتقد معظم علماء الآثار أنه لا يوجد دليل على أن أي كتل مصنوعة من مادة اصطناعية مثل الخرسانة. بدلاً من ذلك ، يُعتقد على نطاق واسع أنها مصنوعة من الحجر الجيري ، والذي قد يحتوي بشكل طبيعي على الطين أيضًا.

لا يوجد دليل على أن الإغريق استخدموا الخرسانة. ومع ذلك ، استخدم Minoans of Crete مادة بناء اصطناعية للأرضيات والأساسات والمجاري ، وفقًا لكتاب روبرت كورلاند كوكب خرساني: القصة الغريبة والرائعة لأكثر المواد التي صنعها الإنسان شيوعًا في العالم. ربما لم تكن هذه المادة المينوية هي الخرسانة التي نعرفها اليوم ، لكنها كانت خليطًا من نفس النوع. كان الطين مكونًا رئيسيًا ، كما تم استخدام الرماد البركاني ، والذي يسمى اليوم pozzolana.

مشتق Pozzolana من Pozzuoli ، إيطاليا ، وهي موقع جبل Vesuvius ، الذي دمر ثورانه مدينة بومبي الرومانية في 79 م. نفس الرماد البركاني الذي غطى تلك المدينة القديمة وجمّد مواطنيها في الوقت المناسب ساعد أيضًا الرومان في إنشاء أول خرسانة معروفة في العالم و mdashand أقوى ملموس رأته البشرية على الإطلاق.

العلاقة بين روما والصلب قوية لدرجة أننا نأخذ اسم "ملموس" منها. مشتق من المصطلح اللاتيني الخرسانة، بمعنى "أن ننمو معًا" ، وهي الطريقة التي تشكل بها مكونات خليط الخرسانة لبنة بناء صلبة. لكن الرومان لم يشروا إلى الخرسانة الخاصة بهم على أنها "الخرسانة"في الواقع ، أطلقوا على الخرسانة بشكل مضلل الرهيب، تعني "الأشياء الصخرية". Caementis هي بالطبع الكلمة التي أعطتنا "أسمنت".

صنع الرومان القدماء الخرسانة بنفس الطريقة التي نقوم بها اليوم. لقد صنعوا الأسمنت بخلط الحجر الجيري بالفرن بالماء. لتكثيف الخليط ، أضافوا البوزولانا البركاني والصخور المطحونة والرمل. في حالة شبه مسالة ، يُسكب الخليط في قوالب خشبية منحوتة لإنشاء قطع خرسانية ناعمة ومتينة.

استخدم الرومان الخرسانة لبناء منحدرات وتراسات وطرق. سمح صب الخليط في قوالب للرومان ببناء أقبية وقباب وأقواس قنوات المياه العظيمة للإمبراطورية. بحلول القرن الثاني قبل الميلاد ، بدأ الرومان في صنع الجدران من الخرسانة وتغطيتها بالطوب الحجري ، وهو ما فعلوه لسببين. أولاً ، فضل الرومان القدماء جماليات الطوب على البلاطة الرمادية من الخرسانة غير المزخرفة. ثانيًا ، بعد حريق روما العظيم في عام 64 بعد الميلاد الذي دمر 10 من مقاطعات المدينة الـ14 ، تم الكشف عن أن الخرسانة مقاومة للحريق وعلى الرغم من أنها ليست مقاومة للحريق. ساعد الطوب الخارجي في هذا الصدد.

ما يجعل الخرسانة الرومانية مثيرة للإعجاب للغاية هو قدرتها على تحمل عوامل الطقس الكبيرة ، والنجاة من الزلازل ، وتحمل الأمواج المتلاطمة في البحر. خذ بعين الاعتبار أحد المشاريع الرومانية العظيمة الأولى.

بدأ صعود كونكريت إلى الصدارة داخل الإمبراطورية مع الإنجاز الهندسي الجريء لميناء سيباستوس ، في قيصرية ، إسرائيل. كان العام 23 قبل الميلاد ، وهو الوقت الذي كانت فيه الخرسانة لا تزال مادة غير مثبتة إلى حد كبير. أراد الملك هيرودس ملك يهودا ، الذي كانت أرضه إحدى أراضي الإمبراطورية الرومانية ، تحسين اقتصاد مملكته. ما هي أفضل طريقة من بناء ميناء على شواطئ البحر الأبيض المتوسط؟ كان الاختبار المثالي لمرونة الخرسانة.

استغرق بناء الميناء ثماني سنوات. كانت النتيجة واحدة من أكبر الموانئ في العالم ، في المرتبة الثانية بعد الإسكندرية في مصر. كانت الأرصفة والجدران البحرية مصنوعة من الخرسانة النقية ، ومن المحتمل أن يتم إنزالها في الماء باستخدام رافعة. الغواصون و [مدشسبس أنفاسهم و [مدش] ذهبوا إلى البحر الأبيض المتوسط ​​لإجراء تعديلات على مواقع الهياكل. بمجرد المحاذاة بشكل صحيح ، يتم دك كل قطعة ثقيلة من الخرسانة. انتهى بناء مدينة قيسارية بعد خمس سنوات من اكتمال الميناء ، وحصل الميناء المزدهر على لقب "هيرودس الكبير" للملك هيرودس.

بعد أكثر من 2000 عام ، لا يزال المرفأ الخرساني سليمًا. لا يمكنك رؤيته من الأرض. تم بناء ميناء سيباستوس مباشرة فوق خطأ. كانت الزلازل تضرب كل بضعة قرون ، مما تسبب في غمر الأرصفة البحرية والجدران البحرية ببطء تحت البحر الأبيض المتوسط. لكن ميناء سيباستوس كان البداية فقط. استمر الرومان في إقامة بعض أشهر الهياكل الخرسانية في العالم.

قمة الخرسانة الرومانية

بعد حريق عام 64 بعد الميلاد وموت الإمبراطور نيرون بعد أربع سنوات ، وصلت الحرب الأهلية إلى روما. كان المنتصر هو الجنرال فلافيوس فيسباسيانوس ، المعروف باسم فيسباسيان. بعد أن أصبح إمبراطورًا ، شرع في بناء أكبر مسرح في العالم. كان يسميها مدرج فلافيان ، وسوف تستوعب أكثر من 50000 متفرج وتوفر رؤية كاملة للأحداث من كل مقعد. كان أول ملعب في العالم. اليوم نسميها الكولوسيوم.

الكولوسيوم الروماني عبارة عن هيكل بيضاوي يبلغ طوله 615 قدمًا وارتفاعه 157 قدمًا ، وتبلغ مساحة قاعدته حوالي 6 أفدنة. يحتوي على 80 مدخلًا ، أربعة منها مخصصة لكبار الشخصيات وواحد للإمبراطور. تم الانتهاء من الكولوسيوم قبل 1937 عامًا ، وهو يقف اليوم كأحد الرموز الدائمة للإمبراطورية الرومانية و mdashand بشكل أكثر حرفيًا كدليل على تحمل الخرسانة الرومانية.

ومع ذلك ، فإن الكولوسيوم ليس مصنوعًا بالكامل من الخرسانة. يمكن العثور على كميات غير متناسبة من الطوب والخرسانة في جميع أنحاء الساحة. تراوحت تقديرات كمية الخرسانة على نطاق واسع ، من 6000 طن متري إلى 653000 طن متري ، وفقًا لـ كوكب خرساني. ومع ذلك ، تم استخدام حوالي 80 في المائة من الخرسانة للأساسات ، لذلك فمن المنطقي أن 6000 طن متري تعمل على خفض التقدير بشكل كبير. لكن من الصعب الجزم بذلك. بعد كل المطبات والكدمات والزلازل والصواعق التي تحملها الهيكل على مدار ألفي عام ، ما تبقى لدينا اليوم هو فقط حوالي ثلث البناء الأصلي.

ومع ذلك ، لم يتم بناء أكثر الهياكل الخرسانية القديمة في روما للناس ، ولكن للآلهة. بعد 1800 عام ، أصبح البانثيون قويًا كما كان دائمًا. كان المهندسون الذين شيدوا المعبد العظيم لروما متقدمين على وقتهم و [مدش] وربما حتى قبل عصرنا.

كان آلانثيون من بنات أفكار الإمبراطور هادريان. كان هادريان دائمًا مفتونًا بالهندسة المعمارية ، وعندما أصبح إمبراطورًا في عام 117 بعد الميلاد ، أراد بناء أعظم هيكل للإمبراطورية كشهادة على الآلهة. سيفعل ذلك بأكبر قبة شهدها العالم على الإطلاق.

لقد كان مشروعًا محفوفًا بالمخاطر. تمتد قبة البانثيون إلى 143 قدمًا. كان عرضه وارتفاعه ضعف عرض أي قبة على الإطلاق. تم صب الخرسانة في قالب خشبي منحني ، نصف كروي مثالي ، ومدعوم على سقالة. بمجرد إزالة السقالات ، كان على الجدران وحدها أن تتحمل ضغط السقف الخرساني الضخم ، والذي كان هائلاً حتى مع الكوة الشهيرة في مركز القبة التي تخفف بعض الحمل.

بنى المهندسون الرومان تلك الجدران الخرسانية بسمك لا يصدق وغطوها بالطوب من الداخل والخارج. في الداخل ، تم وضع الآجر لبناء أقواس مريحة لتخفيف الضغط عن الجدران. كما تعمل ثمانية أقبية أسطوانية على تخفيف التوتر ، مما يؤدي إلى إنشاء صالات عرض داخلية للمؤمنين للوقوف أمام تماثيل الآلهة. تم وضع طبقة إضافية من الطوب على الأرض على طول المحيط الخارجي للمبنى.

بعبارة أخرى ، تم تعزيز الجدران بشكل كبير ، وبشكل لا يصدق ، لم تكن القبة كذلك. لن يجرؤ مهندسو اليوم على بناء قبة غير مدعمة بهذا الحجم. مثل هذا الهيكل مع الخرسانة اليوم سيكون في خطر دائم من الانهيار.

كيف ، إذن ، فعل هادريان ومهندسوها؟ لقد تلاعبوا بالوصفات الملموسة. احتوت القبة على رماد بركاني أكثر قليلاً من الصخور لجعلها أخف قليلاً ، بينما احتوت الجدران على المزيد من الصخور الكلية لجعلها ثقيلة وقوية.

لكن حتى يومنا هذا ما زلنا لا نعرف كل أسرار البانثيون. النص الأكثر شمولاً الباقي على الخرسانة الرومانية هو فيتروفيوسفي الهندسة المعمارية. ومع ذلك ، فإن هذا الحجم يسبق بناء البانثيون بحوالي 150 عامًا. عندما سقطت الإمبراطورية الرومانية الغربية رسميًا في عام 476 بعد الميلاد ، ضاعت وصفة خرسانة البانثيون في التاريخ.

إعادة اكتشاف الخرسانة

استغرق الأمر حوالي ألف عام حتى تعود الخرسانة. مرت أوروبا بالعصور المظلمة ، ولم يتم إعادة اكتشاف النصوص الرومانية القديمة حتى عصر النهضة. درس مهندسو عصر النهضة فيتروفيوس في العمارة، ولكن مع عدم وجود معرفة بمواد البناء الرمادية الغامضة ، واجه العلماء صعوبة في فك رموز مصطلحات فيتروفيوس. فقط الراهب الإيطالي جيوفاني جيوكوندو كان قادرًا على فك الشفرة.

تدرب جيوكوندو في علم الآثار والعمارة ، ولاحظ شيئًا مثيرًا للإعجاب الرهيب. تشير مقاومته للعوامل الجوية إلى أنه يجب أن يكون هيدروليكيًا ، مما يعني أنه يتصلب تحت الماء. يعتقد جيوكوندو أن الخرسانة يجب أن تتكرر.

And so Giocondo built structures that mixed lime and pozzolana, as Vitruvius instructed. His first attempt was the original Pont Notre-Dame Bridge. Houses were built atop the bridge, but about 250 years after the structure was completed, the entire thing was demolished. The houses put too much stress on this primitive version of concrete, and Giocondo's efforts would go down in history as the only attempt to create concrete during the Renaissance. But bigger breakthroughs were on the horizon.

In the 16th century, trass&mdasha volcanic ash similar to pozzolana&mdashwas discovered as a useful material for making tools in Andernach, Germany. A bricklayer tried using the ash in lime mortar, a mixture quite similar to concrete, and learned that the resulting material was stronger and water resistant. The result was a chain reaction that led to the creation of modern cement.

In the 17th century, the Dutch began selling trass to France and Britain. The trass was used for buildings that required hydraulic properties. In constant conflict and competition, France and Britain began efforts to create their own hydraulic building materials. The British had the advantage, though. They had John Smeaton.

Smeaton is known as the father of civil engineering. He created a formula for air pressure's effect on an object's velocity, which contains the "Smeaton Coefficient." And more than a thousand years after the fall of Rome and the loss of concrete's secrets, Smeaton rediscovered how to make cement.

In the mid-1750s, Smeaton was commissioned to build a lighthouse on a troublesome perch on the Eddystone Rocks, just off the southern coast of England. Three lighthouses on the site had all been destroyed. One couldn't survive the winter. The second collapsed during a hurricane. The last, which had a wooden interior, caught fire from the light and burned to the ground. Smeaton, up to the challenge, was determined to build the strongest lighthouse in the world.

The English civil engineer experimented with known hydraulic materials. He rolled up balls of lime (the cooked version of limestone) and trass and dropped them into boiling water. The lime on its own dissolved, but the lime that came into contact with trass endured. Smeaton then tested limestone from a town called Aberthaw, dropping it into water and a nitric acid solution used to separate minerals. The experiment revealed that about a tenth of the limestone from Aberthaw contained clay. Smeaton took note of the high strength of this limestone-clay conglomerate. Today we call the same material natural cement.

The lighthouse was constructed between 1756 and 1759 using Smeaton's hydraulic cement-filled mortar. It stood on the Eddystone Rocks for more than a century before the rocks began to erode. In 1882, the lighthouse was disassembled and rebuilt in Plymouth, England.

Every businessman in Britain wanted to capitalize on the new building material. For marketing purposes, manufacturers started referring to their natural cement as "Roman cement." Deception in the concrete business would follow, and in a stroke of luck, lead to even sturdier materials.

The Con Man

Joseph Aspdin was a bricklayer from Leeds, England. In the 1820s, he would walk to the paved roads of town and steal bricks of limestone. He was fined twice, but that didn't stop the limestone thief from making off with the bricks for his materials science tests.

The historical record is a little spotty, but we know that Aspdin managed to invent his own cement mixture. He named it "Portland cement" after the limestone-clad Isle of Portland. Like the term "Roman cement," the name "Portland cement" became a marketing scheme. But Joseph Aspdin was not the con man&mdashhis son William was.

Around this time there was a common engineering practice called slurry mixing, in which powdered (but un-kilned) limestone was mixed with clay and water. The concoction turned into a paste. The paste was then kilned into a solid and crushed, turning it into cement powder. If the paste was kilned too long, the resulting material, called "clinker," was generally thrown out.

William Aspdin decided he'd test the unwanted scraps of clinker. As a young man, William left his father to find his own way in London. He began taking the clinker off cement makers' hands. He had no employees, no kiln. All he did was whack the clinker with a hammer to break it down. Once clinker was mixed with the other cement materials, the result was a new cement that, years later, an independent firm would confirm to be twice as strong as "Roman cement."

William Aspdin had created a cement that was better than the rest, and yet he proceeded to find investors who knew nothing about the cement industry, egregiously lie about his product to the public, swindle his partners, and start all over again.

In a circular for his first cement firm, William set out to establish the validity of his unproven product. He wrote that his cement had been around for years in Northern England, fraudulently claiming his own "Portland cement" was the same recipe his father had developed.

William's firm managed to buy out another cement factory, yet within a year the company went bankrupt. William found new inexperienced investors and began a new firm using one of his previous factories. He published more lies. This time he claimed that his father's Portland cement had been around since 1821, and that it was used in one of England's most grueling construction projects: the Thames Tunnel. Several men died due to flooding during the then-recent construction project. William claimed that workers used Portland cement to patch up holes when the river leaked into the tunnel. The reality behind these stories is that the holes were patched with clay, and in 1821, Joseph Aspdin was still stealing limestone from the street.

Records on how William's second partnership ended are also scarce, but his third business enterprise is well-documented. One day, the board of directors granted William 300 GBP to invest in the factory. William was instructed to buy a steam engine&mdashand he did, for only 80 GBP. The rest of the money went into William's pocket.

Upon learning that he forged the receipt, the board of directors investigated William. They soon learned that he had swindled them from the beginning. He had embezzled funds allocated to the firm. He created records of fake employees and took home the salaries. William was out.

لكن ليس لوقت طويل. He quickly found yet another investor and started a fourth cement business. Around this time&mdashin the 1850s&mdashcompetitive firms tried to figure out the recipe for his Portland cement. To hide his secret of over-kilning the cement mixture, William displayed different chemicals on the open floor of his factory for everyone to see. Nevertheless, William eventually stopped paying rent on the factory and was arrested for longstanding debts. His fourth partnership ended. He moved to Germany and bounced around from cement business to cement business before falling and hitting his head. He died in 1864 at age 48.

A century and a half later, we still use the con man's Portland cement.

The Birth of Modern Concrete

In the mid-1800s, most industrialized countries were making Portland cement on their own. Around this time, the United States, Britain, and France each had the same idea to increase concrete's tensile strength, or its ability to resist an exerted force. Concrete could be poured over iron bars to form reinforced concrete.

In the 1880s, a California-based engineer named Ernest Ransome was starting his own construction firm. Ransome noticed that reinforced concrete tended to crack, subsequently weakening significantly. He decided to experiment with the reinforcement bars, using 2-inch iron rods to see if they'd bond with the concrete. The experiment was a success. Ransome then tried twisting the iron bars in accordance with the concrete's desired shape. It worked like a charm. The engineer called his idea the Ransome system. Today we call it reinforcing bar, or rebar, and modern engineers typically use steel.

Ransome's first rebar concrete building was the Arctic Oil Company Works warehouse in San Francisco, completed in 1884. It was demolished around 1930. Ransome later built the Alvord Lake Bridge, the world's oldest surviving reinforced concrete structure, also in San Francisco. In 1903, construction was completed on the world's first concrete skyscraper, the 16-story Ingalls Building in Cincinnati. Ransome himself was not involved in the skyscraper's construction, but it would not have been possible without his reinforcing bar method.

Ransome's technology would outlive him. Famed architect Frank Lloyd Wright paved the way for reinforced concrete's use in modern architecture. Because concrete is poured into a mold, it can be formed into shapes that even the most skilled masons could never achieve.

Wright's first concrete building was Unity Temple in Oak Park, Illinois. Working on a limited budget, the only design carved into the mold was a Mayan-inspired decoration along the top of the building. The concrete was poured into the mold and over the rebar very slowly and meticulously to ensure it would set smoothly. The construction took place from 1905 to 1908. Thanks to its use of reinforced concrete, Unity Temple is considered by many to be the world's first modern building.

Wright would become the United States' preeminent architect. He incorporated concrete into many of his designs, and in 1935 the material was used liberally in perhaps his most famous work: Fallingwater in Mill Run, Pennsylvania. Fallingwater would not have been possible without Ransome's reinforced concrete. With several unsupported cantilevers, or projecting beams, only a material with incredibly high tensile strength would hold up. The idea behind Fallingwater was to seamlessly integrate humanity and nature, and Wright managed to do just that. The building is a U.S. National Historic Landmark and considered one of the greatest works of American architecture in history.

Ever since Ransome developed the perfect rebar, concrete has been used to build all types of monumental buildings and infrastructure works. In 1891, a man named George Bartholomew built the first concrete street in Bellefontaine, Ohio. The Vienne River Bridge in Chatellerault, France, built in 1899, is one of the most famous reinforced concrete bridges in the world. Canals, like the Panama Canal, are also made of concrete. Factories, offices, and bunkers built during the World Wars all used concrete. The Hoover Dam, completed in 1936 to hold back the mighty Colorado River, contains 3.25 million cubic yards of concrete, with an additional 1.11 million used for the powerplant and surrounding structures. The American Interstate Highway System, which was built between 1956 and 1992, is also made of reinforced concrete. Some of the toughest buildings in the world rely on a concrete foundation. Others, like the Sydney Opera House, are considered symbols of their country.

And yet even now, in this 21st century concrete jungle, there may be ways to improve the famed gray building material.

The Future of Concrete

Rebar made the modern world possible. But in terms of longevity, reinforced concrete is no match for what the Romans used. Rebar oxidizes when the surrounding concrete cures. Over decades, it rusts. The rebar will expand enough to put cracks in the concrete. In general, modern concrete can last about a century without major repairs or replacement, according to Concrete Planet. The impressive tensile strength of many of our structures is only temporary, and maintaining them is costly. Unity Temple's restoration, for example, was a $25 million enterprise.

Seawater is particularly harmful to rebar, as the salt will corrode the steel within just five decades. Water can seep in naturally as tiny holes and, eventually, small cracks form on a concrete structure. Freeze-and-thaw cycles leave cracks in concrete roads as well, and while spreading salt will deter ice formation, it harms the rebar just as seawater does. If only we could replicate the Roman concrete of Sebastos Harbor, concrete fit for the Pantheon, the house of the gods.

A recent report suggests it's possible. We know the volcanic ash pozzolana was fundamental to the strength of ancient Roman concrete, though we still have not pieced together the full recipe. In July, researchers announced they would use similar volcanic ash off the coast of California in an attempt to solve the ancient mystery. The goal is to reverse-engineer the process that created the most durable concrete in history.

Roman concrete is not just waterproof&mdashit actually strengthens when in contact with seawater. Microscopic crystals are thought to grow in the ancient concrete when submerged in water, making it perfect for structures like Sebastos Harbor of ancient Israel.

Roman concrete has a weaker tensile strength than rebar concrete, as one might imagine, but its ability to stand up to erosion and weathering is unparalleled. A combination of Rome's secret concrete recipe and modern rebar engineering techniques could allow concrete to revolutionize infrastructure and architecture yet again.


نبذة عن الكاتب

Dr Neil Faulkner is an honorary lecturer at the Institute of Archaeology, University College London. He is editor of the popular magazines Current Archaeology و Current World Archaeology, and has written four books, including The Decline and Fall of Roman Britain و Apocalypse: The Great Jewish Revolt against Rome. His TV appearances include Channel Four’s فريق الوقت, BBC TWO's Timewatch, and Channel Five's Revealed.


شاهد الفيديو: من قصيدة أبي فراس الحمداني أبيت كأني للصبابة صاحب (شهر فبراير 2023).

Video, Sitemap-Video, Sitemap-Videos