Antik Roma Betonunun Sırları
1900’lü yıllarda inşa edilen modern binaların çoğu, zamanın aşındırıcı etkilerine karşı koyamazken, dünya genelindeki bazı tarihi beton yapılar, yüzyıllara meydan okuyan bir direnç sergiliyor. Bu yapılar arasında en dikkat çekici olanı, Roma’nın muazzam Pantheon’u. MS 126-128 yılları arasında inşa edilen bu yapı, devasa, donatısız beton kubbesi ile hala görkemli bir şekilde ayakta duruyor. Hatta antik Roma su kemerleri, günümüzde bile işlevini sürdürerek su taşımaya devam ediyor. Dolayısıyla, 2000 yıllık betonun bu denli uzun süre dayanmasının ardındaki sırrı anlamak, önemli bir soru haline geliyor. Bu durum, Roma İmparatorluğu’nun ikonik yapıları kadar dayanıklı ve “süper güçlü” binalar inşa etme yeteneğimizi sorgulamamıza da neden oluyor.
Massachusetts Institute of Technology (MIT) mühendisleri, bu sorulara büyüleyici bir yanıt sunuyor. Araştırmacılar, kısaca özetlemek gerekirse, “kireç kırıntıları” adı verilen küçük minerallerin eski betona bir tür iyileştirme yeteneği kazandırdığına inanıyorlar. Bu durum ilk başta mantıksız görünebilir; ancak bilim insanları, yıllarca eski beton karışımındaki kireç kırıntılarının varlığının tesadüfi bir durum olduğunu ve dikkatsiz karıştırma süreçlerinin bir sonucu olduğunu varsaydılar. MIT’de inşaat ve çevre mühendisliği profesörü ve bu çalışmanın baş yazarı Admir Masiç, “Bu kireç kırıntılarının varlığının basitçe düşük kalite kontrolüne atfedilmesi fikri her zaman beni rahatsız etmiştir.” diyerek başladığı açıklamasında, “Romalılar, yüzyıllar boyunca optimize edilmiş ayrıntılı tarifleri izleyerek olağanüstü bir inşaat malzemesi üretmek için bu kadar çaba sarf ettiyse, iyi karıştırılmış bir nihai ürün elde etmek için neden bu kadar az çaba harcasınlar? Bu hikayede daha fazlası olmalı.” şeklinde devam ediyor.
Tarihsel olarak, Masiç ve diğer araştırmacılar, Pantheon gibi yapıları inşa etmedeki gizli bileşenin puzolanik malzeme adı verilen bir madde olduğunu varsayıyorlardı. İlginç olan ise, bu puzolanik malzemenin, Napoli Körfezi’ndeki Pozzuoli bölgesinden elde edilen volkanik külden yapılıyor olmasıydı. Zamanın mimarları bu malzemeye büyük bir önem veriyor, inşaat işçileri için bu malzemeyi Roma İmparatorluğu’na taşıyordu. Ancak Masiç, eski beton örneklerini daha ayrıntılı inceledikten sonra içlerinde kireç kırıntıları olarak bilinen parçaların varlığını gözlemledi. Bu noktada, kireç kırıntılarının oluşumunun aslında kolay olmadığını belirtmekte fayda var. Bunlar, diğer kimyasal süreçlerin rastgele bir yan ürünü değil; ekip, kireç kırıntıları oluşturmak için aktif bir çaba göstermeniz gerektiğini ifade ediyor.
Daha spesifik olarak, bir miktar kireç kırıntısı elde etmek için betonu çok yüksek sıcaklıklarda kireçle karıştırmak gerekiyor. Ayrıca, biraz daha fazla analizle ekip, eski beton numunelerinde bu aşırı sıcak karışımın kanıtını buldu. Romalılar kireç kırıntılarının bu yapılarda olmasını istiyordu. Yani, dikkatsiz bir karıştırma süreci sonucunda betona girmemişlerdi. Masiç’in söylediğine göre, sıcak karıştırmanın iki temel avantajı bulunuyor. Öncelikle, sıcak karıştırma sırasında elde edilen bazı bileşiklerin sönük kireç ile elde edilmesi mümkün değil. İkinci avantajı ise, bu yüksek sıcaklığın betonun sertleşme ve yapının oturma süresini kısaltması.
Ayrıca Masiç’in “kendini iyileştiren özellikler” olarak tanımladığı olgu da burada devreye giriyor. Temel olarak, sıcak karıştırma işlemi sırasında kireç kırıntıları betonda özel bir desen oluşturuyor ve reaktif kalsiyum kaynağı olarak bilinen bir yapı meydana getiriyor. Eğer küçük çatlaklar oluşursa, bu çatlakların küçük kireç kırıntısı modeli boyunca ilerleme olasılığı oldukça yüksek. Ardından, eğer su çatlakların içine girerse, kalsiyum kaynağı ile bir dizi kimyasal reaksiyon gerçekleşiyor ve çatlaklar, kalsiyum kaynağının yeniden kristalleşmiş versiyonu ile doluyor. Hipotezlerini doğrulamak için araştırmacılar bunu da test ettiler ve çatlakların iki hafta içinde kapandığını buldular (modern beton bu özelliği göstermiyor).
Roma mimarisinin gizemli bir malzemesi olan kireç kırıntıları, muhtemelen sadece bu bileşenle sınırlı değil. Örneğin, Ekim 2021’de Masiç tarafından yürütülen ayrı bir MIT araştırması, 2050 yıllık bir Roma mezarının duvarlarında volkanik külden bolca bulunduğunu ortaya koydu. Bu kül, “iki bin yıldan fazla birikmiş yağmur ve yeraltı suyuyla olağandışı kimyasal etkileşimler” yarattığını gösterdi. Masiç, 2021 çalışmasıyla ilgili bir basın açıklamasında, “Eski malzemelerin oluşumunu ve süreçlerini anlamak, araştırmacıları geleceğe yönelik dayanıklı ve sürdürülebilir yapı malzemeleri yaratmanın yeni yolları hakkında bilgilendirebilir. Caecilia Metella’nın mezarı, hala ayakta duran en eski yapılardan biri ve modern inşaata ilham verebilecek içgörüler sunuyor.” dedi.
