시간이 지나면서 콘크리트가 갈라지고 부서집니다. 글쎄요, 대부분의 콘크리트는 균열이 생기고 부서집니다. 고대 로마에 건설된 구조물은 현대 콘크리트를 파괴할 수 있는 조건에도 불구하고 여전히 놀라운 내구성을 보여주고 있습니다.
이러한 구조물 중 하나는 기원전 1세기 귀족 여성의 커다란 원통형 무덤입니다. 세실리아 메텔라. 새로운 연구에 따르면 건축업자가 선택한 화산 골재와 2000년 동안 그 골재가 비 및 지하수와의 특이한 화학적 상호 작용으로 인해 무덤의 콘크리트 품질이 현대 남성 기념물의 품질을 초과할 수 있음이 밝혀졌습니다. /피> 
Via Appia에 이 혁신적이고 견고한 기념물과 랜드마크가 건설된 것은 이 건물이 큰 존경을 받았음을 나타냅니다. "라고 유타 대학의 지질학 및 지구물리학 연구 부교수인 마리 잭슨(Marie Jackson)은 말합니다. 2,050년이 지난 콘크리트의 직물은 강하고 탄력 있는 존재감을 반영합니다 . 해당 연구는 Journal of the American Ceramic Society에 게재되었습니다. .
세실리아 메텔라는 누구였나요?
Cecilia Metella의 무덤은 Appian Way로 알려진 고대 로마 도로의 랜드마크입니다. 그것은 총 높이가 약 21m, 직경이 29m인 정사각형 베이스 위에 드럼 모양의 탑으로 구성되어 있습니다. 기원전 30년경 로마 공화정에서 아우구스투스 황제가 이끄는 로마 제국으로 전환하는 시기에 건설된 이 무덤은 아피아 가도에서 가장 잘 보존된 기념물 중 하나로 간주됩니다(14세기에는 무덤에 붙어 있는 성이 세워졌습니다). .
Cecilia 자신은 부유한 가문의 일원이자 로마 영사의 딸이었습니다. 그녀는 율리우스 카이사르, 폼페이우스와 삼두 동맹을 맺은 것으로 유명한 로마 장군이자 정치가인 마르쿠스 리키니우스 크라수스의 며느리였습니다.
Cecilia의 삶에 대해 알려진 바는 많지 않지만, 그녀의 무덤의 지속적인 규모는 Childe Harold's Pilgrimage에서 무덤에 대해 쓴 Byron 경을 포함하여 수 세기 동안 방문객들의 관심을 끌었습니다. 19세기 초. 요새 같은 구조를 설명한 후 바이런은 이렇게 묻습니다.
잭슨은 2006년에 Dottoressa 고고학자 Lisa Gianmichele과 Soprintendenza Archeologia di Roma의 허가를 받아 무덤을 방문했습니다. 분석을 위해 모르타르의 작은 샘플을 수집합니다. 6월은 매우 더운 날이었습니다 , 그는 이렇게 말합니다. 그러나 우리가 무덤 복도로 향하는 계단을 내려갔을 때 공기는 매우 시원하고 축축해졌습니다 . 그는 조밀하고 응집력이 있으며 거의 완벽하게 보존된 벽돌 벽돌 벽과 하부 구조에서 거의 물에 포화된 화산암의 노출에 주목했습니다. 분위기는 매우 차분했습니다 , 그는 원형 구조의 열린 중앙에서 비둘기가 펄럭이는 것을 제외하고라고 덧붙입니다. .
로마 콘크리트란 무엇인가요?
세부 사항에 들어가기 전에 콘크리트라는 용어에 대해 알아보겠습니다. 보도를 따라 걸어가면 콘크리트가 골재(바위 모래와 자갈)와 시멘트 바인더로 구성되어 있다는 것을 알 수 있습니다. 현대의 보도에 사용되는 시멘트는 아마도 포틀랜드 시멘트일 것입니다. 이 시멘트는 석회석과 점토 광물을 가마에서 가열하고 소량의 회반죽을 첨가하여 생산됩니다.
이 무덤은 시멘트를 함유하지 않은 로마 공화정 후기의 세련된 콘크리트 건축 기술의 한 예입니다. 이러한 기술은 Cecilia Metella의 무덤이 건설될 당시 건축가 Vitruvius에 의해 설명되었습니다. 수화된 석회와 화산 테프라(폭발 폭발로 인한 다공성 유리 조각과 결정)로 만든 모르타르와 결합된 벽돌이나 화산암 집합체의 두꺼운 벽을 건설하면 오랜 기간 동안 형성되지 않을 구조가 생길 수 있습니다. 접기 .
비트루비우스의 말은 트라야누스의 시장(무덤이 나온 지 100여년이 지난 서기 100년에서 110년 사이에 건설됨)과 잭슨과 그의 동료들이 가지고 있는 교각 및 방파제와 같은 구조물과 같이 오늘날에도 여전히 남아 있는 많은 로마 건축물을 통해 사실임이 입증되었습니다. 공부도 했습니다.
그러나 고대 로마인들이 알 수 없었던 것은 화산 테프라 집합체에 있는 칼륨이 풍부한 광물 백류석 결정이 시간이 지남에 따라 용해되어 콘크리트의 응집력을 유익하게 재형성하고 재배열하는 방법입니다.
콘크리트의 광물 구조를 이해하기 위해 Jackson은 MIT의 연구원 Linda Seymour 및 Admir Masic, 로렌스 버클리 국립 연구소의 Nobumichi Tamura와 팀을 이루었습니다. 그들은 일련의 강력한 과학 도구를 사용하여 콘크리트의 미세 구조를 조사했습니다.
고대 모르타르와 같은 샘플은 입자 크기가 수 마이크로미터에서 수 나노미터에 이르는 다양한 결정상의 혼합물로 구성되어 있기 때문에 매우 이질적이고 복잡합니다. 타무라가 말했습니다.
MIT 박사 과정 학생으로 이번 연구에 참여했으며 현재 엔지니어링 회사인 Simpson, Gumpertz &Heger의 프로젝트 컨설턴트인 Seymour는 샘플에 대한 추가 분석을 수행했습니다.
저희가 사용한 각 도구는 모르타르 공정에 대한 단서를 제공했습니다. 그녀는 말한다. 주사 전자 현미경은 미크론 규모의 모르타르 빌딩 블록의 미세 구조를 보여주었습니다. 에너지 분산형 X선 분광법은 각 빌딩 블록을 구성하는 요소를 보여주었습니다. 이 정보를 통해 모르타르의 다양한 영역을 빠르게 탐색하고 질문과 관련된 구성 요소를 선택할 수 있습니다. 그녀는 설명합니다. 그녀는 비결은 목표물이 머리카락 너비에 불과할 때 각 도구를 사용하여 동일한 빌딩 블록 목표물을 정확하게 맞추는 것이라고 덧붙입니다.
세실리아 무덤의 콘크리트가 독특한 이유는 무엇인가요?
Cecilia Metella 무덤의 두꺼운 콘크리트 벽에는 인근 Pozzolana Rossa에서 채취한 화산 테프라가 들어 있는 모르타르가 있습니다. 화쇄류(근처의 알반 산맥 화산에서 폭발적으로 배출되는 뜨거운 테프라와 가스의 조밀한 덩어리)가 벽돌과 용암 덩어리의 큰 덩어리를 하나로 묶습니다. 이는 120년 후 트라야누스 시장 벽에 사용된 것과 매우 유사한 모르타르입니다.
Trajan의 Markets 모르타르에 대한 초기 분석에서 Jackson, Tamura 및 동료들은 C-A-S-H(칼슘-알루미늄-규산염-수화물) 결합 단계라고 불리는 구성 요소인 모르타르의 "접착제"와 스트래틀링자이트라는 광물을 조사했습니다. . 스트래틀링가이트 결정은 모르타르에서 미세 균열의 확산을 차단하여 미세 균열이 서로 결합되어 콘크리트 구조물이 파손되는 것을 방지합니다.
그러나 로마인들이 세실리아 메텔라의 무덤에서 모르타르로 사용한 테프라에는 백류석과 칼륨이 더 풍부했습니다. 수백 년 동안 빗물과 지하수가 무덤 벽으로 스며들면서 백류석이 용해되고 모르타르에 칼륨이 방출되었습니다. 현대 콘크리트에서는 칼륨의 홍수로 인해 팽창하는 젤이 생성되어 미세 균열이 발생하고 결국 구조가 부서지고 악화됩니다.
그러나 무덤에서는 칼륨이 C-A-S-H 결합 단계를 용해시키고 재구성했습니다. Seymour는 X선 미세회절과 라만 분광학 기술을 통해 모르타르가 어떻게 변했는지 탐색할 수 있었다고 말합니다. 우리는 2,050년이 지난 후에도 손상되지 않은 C-A-S-H 도메인과 분할되거나 퇴색되거나 다른 형태를 갖는 일부 도메인을 보았습니다 , 그는 말한다. 특히 X선 미세회절을 통해 확산 도메인을 원자 구조까지 분석할 수 있었습니다. 확산 도메인이 나노결정질 특성을 갖는 것을 볼 수 있습니다 , 그는 단언합니다.
리모델링된 도메인은 분명히 콘크리트에 강력한 응집력 있는 구성 요소를 생성합니다 잭슨은 말합니다. 이러한 구조에서는 Trajan의 시장과 달리 strätlingite가 훨씬 적게 형성됩니다. 무덤을 담당하고 있는 고고학자 스테파노 로아시오(Stefano Roascio)는 이번 연구가 포졸라나 로사 골재를 사용한 다른 고대 및 역사적 콘크리트 구조물을 이해하는 데 매우 관련성이 높다고 지적합니다.
MIT의 토목 및 환경 공학 부교수인 Admir Masic은 모든 콘크리트에서 골재와 모르타르 사이의 경계면이 구조물의 내구성에 매우 중요하다고 말합니다. 현대 콘크리트에서는 팽창 젤을 형성하는 반응으로 인해 가장 단단한 콘크리트의 경계면도 손상될 수 있다고 그는 말합니다.
세실리아 메텔라 무덤의 고대 로마 콘크리트 인터페이스는 장기적인 리모델링을 통해 끊임없이 진화하고 있는 것으로 나타났습니다 , 그는 단언합니다. 이러한 리모델링 과정은 계면 영역을 강화하고 잠재적으로 기계적 성능과 오래된 재료의 파손에 대한 저항성을 향상시키는 데 기여합니다. .
오늘 그 효과를 재현할 수 있나요?
잭슨과 그의 동료들은 현대 콘크리트에서 로마인들의 성공 중 일부를 재현하기 위해 노력하고 있으며, 특히 고대 로마 구조물의 테프라 대신 공학적으로 세포 마그마를 사용하는 콘크리트에 유사한 유익한 골재를 장려하기 위한 미국 에너지부 ARPA-e 프로젝트에서 그렇습니다. 목표는 로마 콘크리트와 유사한 콘크리트가 콘크리트 생산 및 설치로 인한 에너지 방출을 85% 줄이고 현대 해양 콘크리트의 50년 수명을 4배 향상시키는 것입니다.
지속적인 보강이 이루어지는 계면 영역을 갖춘 현대식 콘크리트 설계에 중점을 두는 것은 현대 건축 자재의 내구성을 향상시키기 위한 또 다른 전략을 제공할 수 있습니다. 매스틱은 말합니다. 오랜 시간 동안 검증된 '로마의 지혜'를 통합함으로써 현대 솔루션의 수명을 몇 배나 늘릴 수 있는 지속 가능한 전략을 제공합니다. .
