प्राचीन रोमन भवन और इंजीनियरिंग के स्वामी थे, शायद सबसे प्रसिद्ध रूप से एक्वाडक्ट्स द्वारा प्रतिनिधित्व किया गया था। और वे अभी भी कार्यात्मक चमत्कार एक अद्वितीय निर्माण सामग्री पर भरोसा करते हैं: पॉज़ोलनिक कंक्रीट, एक शानदार टिकाऊ कंक्रीट जिसने रोमन संरचनाओं को उनकी अविश्वसनीय ताकत दी।
आज भी, उनकी संरचनाओं में से एक – पैंथियन, अभी भी बरकरार है और लगभग 2,000 साल पुराना है – दुनिया के सबसे बड़े गुंबद के लिए रिकॉर्ड को अनियंत्रित कंक्रीट के लिए रिकॉर्ड करता है।
इस कंक्रीट के गुणों को आम तौर पर इसके अवयवों के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है: पॉज़ोलाना, ज्वालामुखी राख का मिश्रण – इतालवी शहर पॉज़ुओली के नाम पर रखा गया है, जहां इसका एक महत्वपूर्ण जमा पाया जा सकता है – और चूना। पानी के साथ मिश्रित होने पर, दो सामग्री मजबूत कंक्रीट का उत्पादन करने के लिए प्रतिक्रिया कर सकती है।
लेकिन यह, जैसा कि यह पता चला है, पूरी कहानी नहीं है। 2023 में, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT) के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने पाया कि न केवल सामग्री जो हमने सोचा हो सकता है उससे थोड़ा अलग है, बल्कि उन्हें मिलाने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकें भी अलग थीं।
धूम्रपान करने वाली बंदूकें छोटे, सफेद रंग के चूने के सफेद टुकड़े थे जो कि अन्यथा अच्छी तरह से मिश्रित कंक्रीट लगते हैं। इन विखंडू की उपस्थिति को पहले खराब मिश्रण या सामग्री के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, लेकिन यह उन सामग्रियों के लिए समझ में नहीं आया था जो वैज्ञानिकों के लिए एमआईटी के मासिक की प्रशंसा करते हैं।
मासी ने जनवरी 2023 में कहा, “यह विचार कि इन चूने के क्लैस्ट की उपस्थिति को कम गुणवत्ता वाले नियंत्रण के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था।”
“अगर रोमनों ने एक उत्कृष्ट निर्माण सामग्री बनाने में इतना प्रयास किया, तो सभी विस्तृत व्यंजनों के बाद जो कई शताब्दियों के दौरान अनुकूलित किए गए थे, वे एक अच्छी तरह से मिश्रित अंतिम उत्पाद के उत्पादन को सुनिश्चित करने में इतना कम प्रयास क्यों करेंगे ? इस कहानी के लिए और भी बहुत कुछ है।
MASIC और टीम, MIT सिविल इंजीनियर लिंडा सेमोर के नेतृत्व में, इटली में प्राइवेटर्नम के पुरातात्विक स्थल से रोमन कंक्रीट के 2,000 साल पुराने नमूनों का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया।
इन नमूनों को बड़े क्षेत्र के स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, ऊर्जा-फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी, पाउडर एक्स-रे विवर्तन, और कन्फोकल रमन इमेजिंग के अधीन किया गया था ताकि चूने के आवरणों की बेहतर समझ हासिल की जा सके।
ध्यान में से एक सवाल का इस्तेमाल किया जाने वाला चूना की प्रकृति थी। पॉज़ोलनिक कंक्रीट की मानक समझ यह है कि यह स्लेक्ड लाइम का उपयोग करता है। सबसे पहले, चूना पत्थर को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है ताकि एक उच्च प्रतिक्रियाशील कास्टिक पाउडर का उत्पादन किया जा सके जिसे क्विकलाइम, या कैल्शियम ऑक्साइड कहा जाता है।
पानी के साथ क्विकलाइम को मिलाकर स्लेक्ड लाइम, या कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड का उत्पादन होता है: थोड़ा कम प्रतिक्रियाशील, कम कास्टिक पेस्ट। थ्योरी के अनुसार, यह यह चूना था जिसे प्राचीन रोमियों ने पॉज़ोलाना के साथ मिलाया था।
टीम के विश्लेषण के आधार पर, उनके नमूनों में चूने के समूह इस पद्धति के अनुरूप नहीं हैं। इसके बजाय, रोमन कंक्रीट को संभवतः पोजोलाना और पानी के साथ सीधे उच्च तापमान पर, अपने आप में या स्लेक किए गए चूने के अलावा, एक प्रक्रिया को ‘हॉट मिक्सिंग’ कहा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप चूने के क्लैस्ट्स के परिणामस्वरूप, रोमन कंक्रीट संभवतः रोमन कंक्रीट को बनाया गया था।
“गर्म मिश्रण के लाभ दो गुना हैं,” मासी ने कहा।
“सबसे पहले, जब समग्र कंक्रीट को उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है, तो यह उन केमिस्ट्री को अनुमति देता है जो संभव नहीं हैं यदि आप केवल स्लेक्ड लाइम का उपयोग करते हैं, तो उच्च तापमान से जुड़े यौगिकों का उत्पादन करते हैं जो अन्यथा नहीं बनेंगे। दूसरा, यह बढ़ा हुआ तापमान काफी कम हो जाता है और सेटिंग को कम करता है। सभी प्रतिक्रियाओं के बाद से समय में तेजी आई है, जिससे बहुत तेजी से निर्माण की अनुमति मिलती है। “
और इसका एक और लाभ है: चूने के आवरण ठोस उल्लेखनीय आत्म-चिकित्सा क्षमता देते हैं।
जब दरारें कंक्रीट में बनती हैं, तो वे अधिमानतः चूने के गुच्छों की यात्रा करते हैं, जिसमें मैट्रिक्स में अन्य कणों की तुलना में अधिक सतह क्षेत्र होता है। जब पानी दरार में हो जाता है, तो यह कैल्शियम में समृद्ध समाधान बनाने के लिए चूने के साथ प्रतिक्रिया करता है जो कैल्शियम कार्बोनेट के रूप में सूख जाता है और कठोर होता है, दरार को एक साथ वापस लहराता है और इसे आगे फैलने से रोकता है।
यह एक अन्य 2,000 साल पुरानी साइट से कंक्रीट में देखा गया है, कैसिलिया मेटेला का मकबरा, जहां कंक्रीट में दरारें कैल्साइट से भरी हुई हैं। यह भी समझा सकता है कि 2,000 साल पहले निर्मित सीवेल्स से रोमन कंक्रीट समुद्र के निरंतर पिटाई के बावजूद सहस्राब्दी के लिए बरकरार है।
इसलिए, टीम ने क्विकलाइम का उपयोग करके प्राचीन और आधुनिक व्यंजनों से पॉज़ोलनिक कंक्रीट बनाकर अपने निष्कर्षों का परीक्षण किया। उन्होंने क्विकलाइम के बिना एक नियंत्रण कंक्रीट भी बनाया और दरार परीक्षण किए। निश्चित रूप से, फटा हुआ क्विकलाइम कंक्रीट दो सप्ताह के भीतर पूरी तरह से ठीक हो गया था, लेकिन नियंत्रण कंक्रीट टूट गया।
टीम अब अपने कंक्रीट को वर्तमान कंक्रीट के लिए अधिक पर्यावरण के अनुकूल विकल्प के रूप में अपने कंक्रीट का व्यवसायीकरण करने पर काम कर रही है।
“यह सोचने के लिए रोमांचक है कि ये अधिक टिकाऊ ठोस योग न केवल इन सामग्रियों के सेवा जीवन का विस्तार कर सकते हैं, बल्कि यह भी कि यह 3 डी-मुद्रित कंक्रीट योगों के स्थायित्व में कैसे सुधार कर सकता है,” मैसिक ने कहा।
शोध में प्रकाशित किया गया है विज्ञान प्रगति।
इस लेख का एक संस्करण पहली बार जनवरी 2023 में प्रकाशित हुआ था।
