時間が経つとコンクリートに亀裂が入って崩れてしまいます。まあ、ほとんどのコンクリートはひび割れて崩れます。古代ローマに建てられた構造物は今でも現存しており、現代のコンクリートを破壊するような条件にもかかわらず、驚くべき耐久性を示しています。
これらの建造物の 1 つは、紀元前 1 世紀の貴婦人の大きな円筒形の墓です。セシリア・メテッラ。新しい研究によると、彼女の墓のコンクリートの品質は、建設者が選んだ火山骨材と、2000年にわたるその骨材との雨や地下水との異常な化学的相互作用により、同時代の男性記念碑の品質を超えている可能性があることが示されている。 /P> 
アッピア街道にあるこの革新的で堅牢な記念碑およびランドマークの建設は、それが大きな敬意を払われていたことを示しています とユタ大学の地質学と地球物理学の准教授マリー・ジャクソン氏は2,050 年後のコンクリートの生地は強くて弾力のある存在感を反映していると述べています。 。この研究はアメリカセラミック協会ジャーナルに掲載されました。 .
セシリア メテラとは誰ですか?
チェシリア メテッラの墓は、アッピア街道として知られる古代ローマの道のランドマークです。正方形の台座の上にドラム型の塔が置かれており、合計高さは約 21 メートル、直径は約 29 メートルあります。紀元前 30 年頃、ローマ共和国からアウグストゥス帝率いるローマ帝国への移行期に建てられたこの墓は、アッピア街道で最も保存状態の良い記念碑の 1 つとみなされています (14 世紀には墓に隣接して城が建てられました)。 .
セシリア自身も裕福な家庭の一員で、ローマ執政官の娘でした。彼女は、ジュリアス・シーザーおよびポンペイウスと三頭同盟を結んだことで有名なローマの将軍兼政治家、マルクス・リキニウス・クラッススの義理の娘でした。
セシリアの生涯については他にあまり知られていませんが、彼女の墓の不朽の大きさは、チャイルド・ハロルドの巡礼で墓について書いたバイロン卿を含め、何世紀にもわたって訪問者の注目を集めてきました。 19世紀初頭。要塞のような構造について説明した後、バイロンは次のように尋ねます。
ジャクソンは2006年にドットレッサ考古学者リサ・ジャンミケーレとともにローマ・ソプリンテンデンツァ考古学博物館の許可を得てこの墓を訪れた。 分析のためにモルタルの小さなサンプルを収集します。 その日は 6 月でとても暑い日でした と彼は言いますが、墓の回廊への階段を降りると、 空気は非常に冷たくて湿ったようになりました。 。彼は、緻密で粘着性があり、ほぼ完全に保存されたレンガ積みの壁と、下部構造にあるほぼ水分を含んだ火山岩の露出に注目した。 雰囲気はとても穏やかでした 、 彼は、円形構造の開いた中心でハトが羽ばたくことを除いて付け加えます。 .
ローマン コンクリートとは何ですか?
詳細に入る前に、コンクリートの用語について理解しましょう。歩道を歩いていると、コンクリートが骨材（岩砂や砂利）とセメント結合剤でできていることがわかります。現代の歩道のセメントはおそらくポルトランド セメントで、石灰石と粘土鉱物を窯で加熱し、少量の石膏を加えて製造されます。
この墓は、セメントを含まない共和政後期ローマの洗練されたコンクリート建設技術の一例です。これらのテクノロジーは、チェシリア メテッラの墓が建設されていたときに建築家ウィトルウィウスによって説明されました。消石灰と火山テフラ（爆発的噴火による多孔質のガラスの破片や結晶）で作られたモルタルで接合されたレンガや火山岩の集合体の厚い壁を建設すると、 長期間にわたって耐久性のない構造物が生成されます。崩壊 .
ウィトルウィウスの言葉が真実であることは、トラヤヌスの市場 (墓から 1 世紀以上後、西暦 100 年から 110 年の間に建設された) や、ジャクソンと彼の同僚が所有する桟橋や防波堤などの建造物など、現在も残っている多くのローマの建造物によって証明されています。も勉強しました。
しかし、古代ローマ人が知り得なかったのは、火山性テフラ集合体中のカリウムが豊富な鉱物である白輝石の結晶が時間の経過とともにどのようにして溶解し、コンクリートの凝集を有益に再形成および再配置するのかということでした。
コンクリートの鉱物構造を理解するために、ジャクソン氏はマサチューセッツ工科大学の研究者リンダ・シーモア氏とアドミール・マシック氏、ローレンス・バークレー国立研究所の田村信道氏とチームを組んだ。彼らは、一連の強力な科学ツールを使用して、コンクリートの微細構造を詳しく調査しました。
古代のモルタルなどのサンプルは、粒子サイズが数マイクロメートルから数ナノメートルの範囲の異なる結晶相の混合物で構成されているため、非常に不均一かつ複雑です。 田村さんは言います。
MIT の博士課程の学生としてこの研究に参加し、現在はエンジニアリング会社 Simpson, Gumpertz &Heger のプロジェクト コンサルタントを務めるシーモア氏は、サンプルの追加分析を実行しました。
使用した各ツールは、モルタルのプロセスに関する手がかりを提供しました 彼女は言います。走査型電子顕微鏡により、モルタルの構成要素の微細構造がミクロンスケールで観察されました。エネルギー分散型 X 線分光分析により、これらの各構成要素を構成する元素が明らかになりました。 この情報により、モルタルのさまざまな領域をすばやく探索でき、質問に関連する構成要素を選択できます 彼女は説明する。コツは、同じ構成要素のターゲットが髪の毛の幅しかないときに、各機器で正確に命中させることである、と彼女は付け加えた。
セシリアの墓のコンクリートはなぜそれほどユニークなのでしょうか?
セシリア・メテッラの墓の分厚いコンクリートの壁には、 近くのポッツォラーナ・ ロッサからの火山灰が含まれたモルタルが使われています。 火砕流 (近くのアルバン山脈の火山から爆発的に放出される高温のテフラとガスの高密度の塊) は、レンガと溶岩の集合体の大きな塊を結合します。これは、120 年後にトラヤヌスの市場の壁で使用されたものとよく似たモルタルです。
トラヤヌス市場のモルタルの以前の分析で、ジャクソン、タムラ、および彼らの同僚は、ストラトリンガイトと呼ばれる鉱物とともに、C-A-S-H (カルシウム-アルミニウム-ケイ酸塩-水和物) 結合相と呼ばれる構成要素であるモルタルの「接着剤」を調査しました。 。ストラトリンガイトの結晶はモルタル内の微小亀裂の伝播を阻止し、微小亀裂が結合してコンクリート構造物が破壊されるのを防ぎます。
しかし、ローマ人がチェシリア・メテッラの墓のモルタルに使用したテフラには、カリウムが豊富な白リューサイトが豊富に含まれていました。何世紀にもわたって墓の壁に浸透した雨水と地下水が白鉛を溶解し、モルタル内のカリウムを放出しました。現代のコンクリートでは、カリウムの洪水により膨張するゲルが生成され、微小亀裂が発生し、最終的には構造の剥離や劣化が引き起こされます。
しかし、墓の中では、カリウムが溶解し、C-A-S-H 結合相を再構成しました。シーモア氏は、X線顕微回折とラマン分光技術によりモルタルがどのように変化したかを調査することができたと述べている。 我々は、2,050 年経っても完全な状態を保っている C-A-S-H のドメインと、分裂したり、色褪せたり、異なる形態を持ったドメインを確認しました と彼は言います。特に X 線顕微回折により、拡散ドメインを原子構造に至るまで分析できるようになりました。 拡散ドメインがナノ結晶の性質を獲得することがわかります と彼は断言する。
改造されたドメインは明らかにコンクリート内に堅牢な凝集コンポーネントを作成します。 ジャクソン氏は言う。これらの構造物では、トラヤヌスの市場とは異なり、形成されるストラトリンガイトははるかに少ないです。この墓を担当する考古学者ステファノ・ロアシオ氏は、この研究はポッツォラーナ・ロッサ骨材を使用した他の古代および歴史的なコンクリート構造物を理解するのに非常に関連していると指摘しています。
マサチューセッツ工科大学の土木・環境工学准教授であるアドミール・マシック氏は、コンクリートの骨材とモルタルの間の界面が構造物の耐久性にとって重要であると述べています。彼によると、現代のコンクリートでは、膨張するゲルを形成する反応により、最も硬いコンクリートであっても界面が損なわれる可能性があります。
古代ローマのチェシリア・メテッラの墓のコンクリートインターフェースは、長期にわたる改造によって常に進化していることが判明 と彼は断言する。 これらの再構築プロセスは界面ゾーンを強化し、古い材料の機械的性能と耐破損性の向上に貢献する可能性があります .
今日その効果を再現できますか?
ジャクソンと彼の同僚は、ローマ人の成功の一部を現代のコンクリートで再現することに取り組んでおり、特に米国エネルギー省のARPA-eプロジェクトでは、古代ローマの建造物からのテフラの代わりに人工細胞マグマを使用するコンクリート中で同様の有益な骨材を奨励している。目標は、ローマン コンクリートと同様のコンクリートを使用することで、コンクリートの製造と設置に伴うエネルギー排出を 85% 削減し、現代の海洋コンクリートの 50 年の寿命を 4 倍延ばすことができるということです。
一定の強化が行われる界面ゾーンを備えた現代のコンクリートの設計に焦点を当てることで、現代の建築材料の耐久性を向上させる別の戦略が得られる可能性があります マシックは言う。 長年にわたって実証されてきた「ローマの知恵」を統合することで、最新のソリューションの寿命を桁違いに改善できる持続可能な戦略が得られます .