ローマ人:地震にも耐える超コンクリート

ローマのモルタルのミネラルメッシュが壁を亀裂から保護

ローマのトラヤヌスのフォーラムのローマのコンクリートでコアをドリル©Carol Hagen
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秘密の成分である火山灰:多くのローマの建物は激しい地震でも生き残っています。 建物を非常に安定させたのは、研究者が今発見した:ローマのセメント。 火山灰と混合されたこのモルタルは、破壊的な微小亀裂から壁を保護する高密度の鉱物ネットワークを形成します。

ローマのトラヤヌスフォーラムは、真の古さを誇るショッピングモールです。3フロアに分散し、小売業者は150のショップで商品を提供しました。 広大なアーチ、中庭、図書館は、143年に完成した建設の申し出を完了しました。 規模だけでなく、何よりもトラヤヌスの市場の安定性と安定性は魅力的です。約1900年の歴史の中で、いくつかの強い地震に耐え、侵食の兆候はほとんど見られません。

キーとしてのセメント?

しかし、この建物や他のローマの建物がこれほど驚くほど安定しているのはなぜですか? カリフォルニア大学バークレー校のマリー・ジャクソンと同僚はこの質問を調査しました。 彼女の疑い:ローマ人が凝灰岩の積み木に貼り付けたセメントのようなモルタルは、この顕著な抵抗の鍵です。 早くも2013年、研究者たちはローマ人の安定したドックに関連してこのセメントを調査し、現在のコンクリートとの重大な違いを発見しました。

トラヤヌスのフォーラムから見たトラヤヌスの市場©Marie Jackson

現在、セメントは、粉砕された石灰と粘土を約1, 450度で粉砕することにより製造されています。 これは、ケイ酸カルシウムと他の元素の複雑な混合物をもたらします。 水と混合したセメントが硬化すると、ケイ酸カルシウム水和物、結晶性化合物が材料に大きな強度を与えます。

重要な成分としての火山灰

しかし、ローマ人は石灰と火山灰からセメントを作りました。 しかし、彼らは両方を混ぜて海水と接触させました。 これにより、石灰が水や灰と反応してセメントを形成する化学反応が引き起こされました。 大きな石と灰が混ざり合って、一種のコンクリートになりました。 このいわゆるポッツォランに使用される灰のほとんどは、ベスビオの西20キロの火山地域であるプレグリ油田の火山堆積物に由来しています。 ディスプレイ

トラヤヌスのフォーラムに建設されたポッツォランがローマの建物を耐震性にするかどうか、そしてどのように知るかを知るために、ジャクソンと彼女の同僚はローマのコンクリートのサンプルを採取し、マイクロX線回折の助けを借りて調べました。 さらに、彼らはローマのレシピに従ってポゾラン自体を混合し、化学的および機械的試験を実施しました。

電子顕微鏡で見たローマのコンクリートのこの写真は、ストロートライト結晶を示しています。 ジャクソン・マリー・ジャクソン

汗ゾーンのミネラルチップ

結果:混合ポゾラン、カルシウム-アルミニウム-ケイ酸塩水和物は、約180日間の硬化の間に板状の鉱物に結晶化します。 カルシウムアルミニウムケイ酸塩であるこのストロトライトは、密集した閉じ込められたクラスターを形成し、主にセメントモルタルと大きな粒子の間の移行ゾーンを満たします。

そして、研究者が説明しているように、まさにこの移行ゾーンの充填は、ローマの構造の安定性の鍵です。 今日でも、これらのゾーンはコンクリートの弱いゾーンです。たとえば、地震時に最初に亀裂が広がるエリアです。 今日、セメントに細い繊維を加えることでこれを防止しようとしています。 しかし、ローマの迫撃砲での準自己開発型のStr tlingitのような弱いゾーンのターゲットを絞った強化は成功しません。

ポムゾランでは、ラムズは時代を先取りしただけではありませんでした。 それらのコンクリートは、耐久性と安定性の点で、現代のブレンドよりも優れています。 (2014年国立科学アカデミー論文集、doi:10.1073 / pnas.1417456111)

(PNAS、2014年12月16日-NPO)