हम अंततः जान गए हैं कि प्राचीन रोमन कंक्रीट समय की कसौटी पर क्यों खरा उतरा है: साइंसअलर्ट

प्राचीन रोमन मास्टर बिल्डर और इंजीनियर थे, शायद उनमें से सबसे प्रसिद्ध अभी भी काम कर रहे जलसेतुओं का प्रतिनिधित्व है। और वे वास्तुशिल्प चमत्कार एक अद्वितीय निर्माण सामग्री पर आधारित हैं: पॉज़ोलन कंक्रीट, एक आश्चर्यजनक टिकाऊ सामग्री जिसने रोमन संरचनाओं को उनकी अविश्वसनीय ताकत दी।

आज भी, उनकी संरचनाओं में से एक – पेंथियन, जो अभी भी बरकरार है और लगभग 2,000 साल पुरानी है – दुनिया के सबसे बड़े गैर-प्रबलित कंक्रीट गुंबद का रिकॉर्ड रखती है।

इस कंक्रीट के गुणों को आम तौर पर इसके अवयवों के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है: पॉज़ोलाना, ज्वालामुखीय राख का मिश्रण – जिसका नाम इतालवी शहर पॉज़ुओली के नाम पर रखा गया है, जहां इसके बड़े भंडार पाए जा सकते हैं – और गियर. पानी के साथ मिश्रित होने पर, दोनों सामग्रियां मजबूत कंक्रीट बनाने के लिए प्रतिक्रिया कर सकती हैं।

लेकिन, जैसा कि बाद में पता चला, यह पूरी कहानी नहीं है। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने पाया कि न केवल सामग्रियां हमारी सोच से थोड़ी अलग थीं, बल्कि उन्हें मिलाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली तकनीकें भी अलग थीं।

स्मोक गन चूने के छोटे सफेद टुकड़े थे जो अच्छी तरह से मिश्रित कंक्रीट में पाए जा सकते थे। इन टुकड़ों की उपस्थिति को पहले खराब मिश्रण या सामग्री के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, लेकिन एमआईटी के सामग्री वैज्ञानिक एडमिर मैसिक को इसका कोई मतलब नहीं था।

वह कहती हैं, “यह विचार मुझे हमेशा परेशान करता था कि इन चूना पत्थर की गांठों की उपस्थिति केवल खराब गुणवत्ता नियंत्रण के कारण थी।” मैसिक ने जनवरी 2023 में जारी एक बयान में कहा.

“यदि रोमनों ने कई शताब्दियों में सिद्ध किए गए सभी विस्तृत व्यंजनों का पालन करते हुए एक प्रीमियम निर्माण सामग्री बनाने में इतना प्रयास किया, तो एक अच्छी तरह से मिश्रित अंतिम उत्पाद सुनिश्चित करने के लिए इतना कम प्रयास क्यों किया गया? इस कहानी में और भी कुछ होना चाहिए।”

एमआईटी के सिविल इंजीनियर लिंडा सेमुर के नेतृत्व में मस्क और टीम ने इटली में प्रिवर्नम के पुरातात्विक स्थल से रोमन कंक्रीट के 2,000 साल पुराने नमूनों का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया। कैलकेरियस द्रव्यमान की बेहतर समझ हासिल करने के लिए इन नमूनों को बड़े क्षेत्र की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, ऊर्जा-फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी, पाउडर एक्स-रे विवर्तन और कन्फोकल रमन इमेजिंग के अधीन किया गया था।

विचार करने योग्य प्रश्नों में से एक उपयोग किए गए चूने की प्रकृति थी। पॉज़ोलानिक कंक्रीट की मानक समझ यह है कि इसका उपयोग किया जाता है कास्टिक चूना. सबसे पहले, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कास्टिक पाउडर बनाने के लिए चूना पत्थर को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है बिना बुझाया हुआ चूनाया कैल्शियम ऑक्साइड.

पानी के साथ बिना बुझा हुआ चूना मिलाने से बुझा हुआ चूना या कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड बनता है: एक कम प्रतिक्रियाशील और कम कास्टिक पेस्ट। सिद्धांत के अनुसार, यह बुझा हुआ चूना ही था जिसे प्राचीन रोमन लोग पॉज़ोलाना के साथ मिलाते थे।

टीम के विश्लेषण के आधार पर, उनके नमूनों में कैलकेरियस अंश इस विधि के साथ संगत नहीं हैं। वैकल्पिक रूप से, रोमन कंक्रीट को सीधे पोज़ोलाना और पानी के साथ बहुत उच्च तापमान पर, अकेले या बुझे हुए चूने के अलावा मिलाकर बनाया गया होगा, इस प्रक्रिया को टीम “गर्म मिश्रण” कहती है जिससे चूने का निर्माण होता है।

“गर्म मिश्रण के फायदे दोगुने हैं,” मस्क ने कहा.

“सबसे पहले, जब समग्र कंक्रीट को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, तो यह रसायन विज्ञान की अनुमति देता है जो कि संभव नहीं है यदि केवल हाइड्रेटेड चूने का उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च तापमान वाले यौगिक बनते हैं जो अन्यथा नहीं बनते। दूसरा, यह बढ़ा हुआ तापमान इलाज और सेटिंग के समय को बहुत कम कर देता है चूँकि सभी प्रतिक्रियाएँ तेज़ हो जाती हैं, जिससे बहुत तेज़ी से निर्माण संभव हो जाता है।”

दूसरा लाभ: नीबू में स्वयं को ठीक करने की उल्लेखनीय क्षमता होती है।

जब कंक्रीट में दरारें बनती हैं, तो वे अधिमानतः कैलकेरियस ब्लॉकों में चली जाती हैं, जिनका सतह क्षेत्र मैट्रिक्स के अन्य कणों की तुलना में अधिक होता है। जब पानी दरार में चला जाता है, तो यह चूने के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम युक्त घोल बनाता है जो सूख जाता है और कैल्शियम कार्बोनेट के रूप में कठोर हो जाता है, दरारों को आपस में चिपका देता है और उन्हें आगे फैलने से रोकता है।

यह इस पर गौर किया गया है एक अन्य 2,000 साल पुरानी साइट से कंक्रीट में, सीसिलिया मेटेला का मकबरा, जहां कंक्रीट में दरारें कैल्साइट से भरी हुई हैं। यह यह भी बता सकता है कि 2,000 साल पहले बनाई गई समुद्री दीवारों का रोमन कंक्रीट समुद्र की लगातार मार के बावजूद हजारों वर्षों से बरकरार क्यों है।

इसलिए, टीम ने बुझे हुए चूने का उपयोग करके प्राचीन और आधुनिक दोनों व्यंजनों से पॉज़ोलन कंक्रीट बनाकर अपने निष्कर्षों का परीक्षण किया। उन्होंने बिना बुझाए चूने के भी नियंत्रण कंक्रीट बनाया और दरार परीक्षण किए। निश्चित रूप से, फटा चूना कंक्रीट दो सप्ताह के भीतर पूरी तरह से ठीक हो गया, लेकिन कंक्रीट टूटा ही रहा।

टीम अब अपने कंक्रीट को मौजूदा कंक्रीट के अधिक पर्यावरण अनुकूल विकल्प के रूप में विपणन करने के लिए काम कर रही है।

“यह विचार करना रोमांचक है कि कैसे ये अधिक टिकाऊ कंक्रीट संरचनाएं न केवल इन सामग्रियों की सेवा जीवन को बढ़ा सकती हैं बल्कि वे 3डी मुद्रित कंक्रीट संरचनाओं के स्थायित्व में भी सुधार कैसे कर सकती हैं,” मस्क ने कहा.

में प्रकाशित शोध विज्ञान आगे बढ़ता है.

इस लेख का एक संस्करण पहली बार जनवरी 2023 में प्रकाशित हुआ था।