ไขปริศนาคอนกรีตของชาวโรมันโบราณทำไมยังคงแข็งแรงแม้เวลาผ่านไปนับพันปี

ไขปริศนาคอนกรีตของชาวโรมันโบราณทำไมยังคงแข็งแรงแม้เวลาผ่านไปนับพันปี

ชาวโรมันโบราณเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการก่อสร้างและวิศวกรรม มีชื่อเสียงจากสิ่งปลูกสร้างอันน่าทึ่ง เช่น ท่อส่งน้ำและวิหารแพนธีออนที่ยังคงสภาพดีจนถึงปัจจุบัน โดยวัสดุสำคัญที่ใช้คือ คอนกรีตปอซโซลานิก (Pozzolanic Concrete) ซึ่งมีความทนทานสูงเป็นพิเศษ โครงสร้างอย่างวิหารแพนธีออนที่มีอายุเกือบ 2,000 ปี ยังคงครองสถิติโดมคอนกรีตที่ไม่ได้เสริมเหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก

คอนกรีตชนิดนี้ผลิตจาก ปอซโซลานา (Pozzolan) เถ้าภูเขาไฟจากเมืองปอซซูโอลี ประเทศอิตาลี ผสมกับปูนขาวและน้ำ ซึ่งทำปฏิกิริยาให้กลายเป็นวัสดุก่อสร้างที่แข็งแรง อย่างไรก็ตาม ในปี 2023 ทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดย สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ค้นพบว่า เทคนิคการผสมคอนกรีตของชาวโรมันมีความซับซ้อนและแตกต่างจากความเข้าใจเดิม

หนึ่งในเบาะแสสำคัญคือ “เศษปูนขาว” สีขาวที่พบในคอนกรีต ซึ่งก่อนหน้านี้เคยเชื่อว่าเป็นผลจากการผสมที่ไม่ดี แต่แอดเมียร์ มาซิค (Admir Masic) นักวิทยาศาสตร์วัสดุจาก MIT ไม่เห็นด้วย เขากล่าวว่า “แนวคิดที่ว่าเศษปูนขาวเกิดจากคุณภาพต่ำของการผสมนั้นไม่ถูกต้อง เพราะถ้าชาวโรมันทุ่มเทกับสูตรวัสดุอย่างละเอียด ทำไมจะไม่ใส่ใจกับคุณภาพของส่วนผสมขั้นสุดท้าย ?” 

ทีมวิจัยซึ่งรวมถึง ลินดา ซีมัวร์ (Linda Seymour) วิศวกรโยธาจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ศึกษาตัวอย่างคอนกรีตจากแหล่งโบราณคดี Privernum เมืองโบราณของชาวโวลสกี (Volsci) ในแคว้นลาซิโอ ประเทศอิตาลี ด้วยเทคนิคหลากหลาย เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ และการถ่ายภาพรามาน เพื่อวิเคราะห์โครงสร้างปูนอย่างละเอียด

สรุปข่าว

นักวิจัย MIT ค้นพบว่า “คอนกรีตโรมันโบราณ” มีความทนทานนับพันปี เพราะใช้เทคนิค “การผสมแบบร้อน” ที่ใส่ปูนขาวลงไปในขณะร้อนจัด ทำให้คอนกรีตซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อเกิดรอยร้าว การค้นพบนี้อาจปูทางสู่คอนกรีตยุคใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและใช้งานได้ยาวนานยิ่งขึ้น

โดยพวกเขาพบว่าเศษปูนขาวที่มีอยู่ในคอนกรีตเกิดจาก “การผสมแบบร้อน” (Hot Mixing) โดยใส่ปูนขาวในรูปแคลเซียมออกไซด์ลงไปในขณะที่วัสดุผสมยังร้อนอยู่ ซึ่งมีข้อดีสองประการ คือ

1. ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเฉพาะที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง สร้างสารประกอบที่ไม่เกิดขึ้นในสภาวะปกติ

2. เร่งการแข็งตัวของคอนกรีต ช่วยให้ก่อสร้างได้เร็วขึ้น

ยิ่งไปกว่านั้น การมีอยู่ของปูนขาวยังทำให้คอนกรีตสามารถ “ซ่อมแซมตัวเอง” ได้เมื่อเกิดรอยร้าว โดยน้ำที่เข้าไปในรอยร้าวจะทำปฏิกิริยากับปูนขาว กลายเป็นสารละลายที่มีแคลเซียมสูง ซึ่งจะแข็งตัวเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต และอุดรอยแตกนั้นได้เอง

Schematic of the proposed mechanism for self-healing within ancient Roman mortars. (Seymour et al., Science Advances, 2023)

การค้นพบนี้ยังได้รับการสนับสนุนจากตัวอย่างคอนกรีตจากสุสาน Caecilia Metella สุสานโรมันโบราณที่ตั้งอยู่บน "ถนนอัปเปียน" ซึ่งเป็นถนนสายประวัติศาสตร์ของกรุงโรม ประเทศอิตาลี โดยพบว่ามีรอยร้าวถูกอุดด้วยแคลไซต์ และอธิบายได้ว่าทำไมโครงสร้างริมทะเลที่สร้างโดยโรมันจึงคงทนมานานหลายพันปี แม้จะต้องเผชิญกับคลื่นลมมหาสมุทรอย่างต่อเนื่อง

และเพื่อเป็นการพิสูจน์การค้นพบ ทีมวิจัยได้ทดลองสร้างคอนกรีตปอซโซลานิกด้วยสูตรโบราณทั้งแบบมีปูนขาวและไม่มีปูนขาว พร้อมทดสอบความสามารถในการซ่อมแซมรอยร้าว พบว่าคอนกรีตที่มีปูนขาวสามารถปิดรอยร้าวได้เองภายใน 2 สัปดาห์ ขณะที่คอนกรีตควบคุมยังคงแตกร้าวอยู่

ในปัจจุบัน ทีมวิจัยกำลังพัฒนาเทคนิคนี้ให้สามารถใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ โดยหวังว่าจะช่วยยืดอายุของวัสดุก่อสร้าง และทำให้คอนกรีตยุคใหม่ โดยเฉพาะแบบพิมพ์ 3 มิติ มีความทนทานมากยิ่งขึ้น งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances และเผยแพร่ครั้งแรกในเดือนมกราคม 2023

Thailand Web Stat
ข่าวเด่นวันนี้
Icon