בטון ידידותי לסביבה – כמו זה שבו השתמשו הרומאים

צוות חוקרים בינלאומי, שבראשו עומדים מדענים מאוניברסיטת ברקלי קליפורניה, חשף את סודותיו של שובר גל רומאי מבטון שנמצא כבר 2000 שנים בתוך הים התיכון.

צוות חוקרים בינלאומי, שבראשו עומדים מדענים מאוניברסיטת ברקלי קליפורניה, חשף את סודותיו של שובר גל רומאי מבטון שנמצא כבר 2000 שנים בתוך הים התיכון.

ניתוח כימי של דגימות שהוצאו מהבטון המרכיב שובר גל רומאי מסביר מדוע הבטון הרומאי הטוב ביותר יעיל יותר מרוב סוגי הבטון המודרניים מבחינת עמידותו ומדוע ייצורו היה פחות מזיק לסביבה, וכיצד ניתן לנצל את השיפורים הללו בימינו אנו. “זה לא שהמלט הקיים היום אינו טוב – הוא כה טוב עד כי אנו משתמשים ב-19 מיליארד טון ממנו מדי שנה,” מסביר החוקר הראשי. “הבעיה היא שהייצור של מלט מסוג פורטלנד תורם לשבעה אחוזים מכלל כמות הפחמן הדו-חמצני שהתעשייה פולטת לאוויר.”

מלט פורטלנד הוא המקור לחומר הדבק המחזיק יחדיו את רוב סוגי הבטון המודרניים, אולם הייצור שלו מביא לפליטת פחמן הנובעת מהצורך לחמם תערובת של אבן סיד וחרסיות לטמפרטורה של 1450 צלזיוס ומאבן הסיד המחוממת עצמה. צוות המחקר מצא כי הרומאים, בניגוד לכך, השתמשו בכמויות קטנות יותר של אבן סיד שמקורו בחומר שחומם לטמפרטורה של 900 מעלות צלזיוס בלבד, מה שהצריך הרבה פחות אנרגיה מהשיטות הקיימות היום. צמצום פליטות גזי חממה הוא אחד מהתמריצים החזקים ביותר למציאת דרכים יעילות יותר לספק לעולם כולו את הבטון שהוא צריך; תמריץ נוסף הוא הצורך בבניינים, גשרים ומבנים אחרים שיהיו חזקים ועמידים יותר לאורך זמן. “באמצע המאה העשרים מבנים מבטון תוכננו להיות עמידים למשך 50 שנים, אולם כיום הם אמורים להיות עמידים לתקופה של עד 120 שנים,” מסביר החוקר הראשי. לעומת זאת, המבנים של הנמלים הרומאים שורדים כבר 2000 שנים ויציבים מפני איכול כימי ופגעי הגלים התת-מימיים.

הרומאים הכינו בטון בעזרת ערבוב אבן סיד וסלע וולקני. עבור מבנים תת-מימיים, הרומאים ערבבו אבן סיד ואפר וולקני ליצירת טיח, וטיח זה, יחד עם טוף וולקני, נארז לצורות קשיחות. מי הים הפעילו באופן מידי תגובה כימית חמה. אבן הסיד עברה תגובת מיום – חדירתן של מולקולות מים לתוך המבנה – ואז הגיב חומר זה עם האפר להדבקת התערובת כולה.

צוות החוקרים מצא, באמצעות שימוש במכשור מתקדם, מספר הבדלים בין הבטון הקדום לזה המיוצר היום. אחד מהם הוא סוג הדבק שמחזיק יחדיו את מרכיבי הבטון. בבטון המורכב ממלט פורטלנד תרכובות זו כוללת סידן, סיליקאטים והידראטים (C-S-H). הבטון הרומאי, לעומת זאת, מורכב מתרכובת הכוללת בתוכה תוספת של אלומיניום ופחות סיליקון. התרכובת הסופית, המורכבת מסידן, אלומיניום, סיליקאט והידראטים (C-A-S-H) מהווה חומר הדבקה יציב בצורה יוצאת דופן. תוצאות של בדיקות בעזרת ספקטרוסקופית קרני רנטגן הראו כי צורת ההתמרה הייחודית של אטומי האלומיניום במקום אטומי הסיליקון עשויה להיות המפתח לכושר ההדבקה המעולה והיציבות הרבה של הבטון הרומאי.

סוגי בטון ידידותיים לסביבה כבר כיום כוללים בתוכם אפר וולקני או אפר פחם המתקבל מפסולת שריפת פחמים בתחנות כוח כתחליף חלקי לבטון פורטלנד, ויעילותם הוכחה כטובה. גם תערובות בטון אלו כוללות בתוכן חומר הדבקה מסוג C-A-S-H, אולם הביצועים ארוכי הטווח שלהן לא יוכלו להיקבע לפני שצוות החוקרים יוכל לנתח אותן באותו המכשור. החוקרים מצאו כי המתכון הרומאי הצריך אבן סיד בכמות הפחותה ה-10% מזו הנדרשת היום, תוך שימוש בטמפרטורה הקטנה בשליש מזו הנדרשת היום. אבן סיד המגיבה עם אפר טיח עתיר אלומיניום ומי-ים יצרו בטון יציב במיוחד שיוכל להיות קשיח ועמיד לאורך ימים. הן החומרים והן צורת הייצור של הרומאים טומנים בחובם לקחים לעתיד.

“טיח מסוג פוזולאן (pozzolan) חשוב בשל יישומיו המעשיים,” מסביר החוקר הראשי. “הוא יוכל להחליף 40 אחוזים מדרישות העולם למלט מסוג פורטלנד. ומקורות לטיח זה קיימים בעולם כולו. לדוגמה, לערב הסעודית אין אפר פחם רב, אולם יש בה הררים של פוזולאן.”

בטון חזק ומאריך ימים יותר, המיוצר תוך צריכת אנרגיה פחותה ותוך צמצום פליטה של פחמן לאוויר, עשוי להיות המורשת של ההבנה המעמיקה יותר של האופן בו הכינו הרומאים הקדומים את הבטון העמיד שלהם.

הידיעה על המחקר