الخرسانة الرومانية

استُخدم الخرسانة الرومانية ، والتي تُسمى أيضاً "أوبوس كايمينتيسيوم "، في البناء في روما القديمة . ومثل نظيرتها الحديثة ، كانت الخرسانة الرومانية تعتمد على إسمنت يتصلب هيدروليكياً يُضاف إلى الركام .

لا تزال العديد من المباني والمنشآت قائمة حتى اليوم، كالجسور والخزانات والقنوات المائية، وقد شُيّدت باستخدام هذه المادة، مما يدل على تنوعها ومتانتها. كان يُعتقد سابقًا أن إضافة الرماد البوزولاني، حيثما توفر (خاصة في خليج نابولي )، تُعزز من قوتها، إذ تمنع هذه الإضافة انتشار الشقوق. إلا أن بحثًا أُجري عام ٢٠٢٣ أظهر أن إضافة مخاليط من أنواع مختلفة من الجير، لتشكيل كتل متماسكة، تُتيح للخرسانة إصلاح الشقوق ذاتيًا، وهو ما يُرجح صحة هذا الاعتقاد. ^{[ ١ ]}

كان الخرسانة الرومانية مستخدمة على نطاق واسع منذ حوالي عام 150 قبل الميلاد؛ ^{[ 2 ]} ويعتقد بعض العلماء أنها طُورت قبل ذلك بقرن من الزمان. ^{[ 3 ]}

كثيراً ما استُخدمت هذه المادة مع الواجهات والدعامات الأخرى، ^{[ 4 ]} وزُيّنت المساحات الداخلية بالجص ، واللوحات الجدارية ، أو الرخام الملون. وساهمت التطورات المبتكرة اللاحقة في هذه المادة، والتي تُعرف بثورة الخرسانة ، في ظهور أشكال معقدة هيكلياً. وأبرز مثال على ذلك قبة البانثيون ، وهي أكبر وأقدم قبة خرسانية غير مُسلحة في العالم. ^{[ 5 ]}

يختلف الخرسانة الرومانية عن الخرسانة الحديثة في أن الركام كان يحتوي غالبًا على مكونات أكبر حجمًا؛ ولذلك، كان يتم وضعها بدلًا من صبها. ^{[ 6 ]} وكانت الخرسانة الرومانية، مثل أي خرسانة هيدروليكية، قادرة عادةً على التصلب تحت الماء، وهو ما كان مفيدًا للجسور وغيرها من الإنشاءات على ضفاف المياه.

ميّز فيتروفيوس ، في كتابه " الكتب العشرة في العمارة" الذي يعود تاريخه إلى حوالي عام 25 قبل الميلاد ، أنواع المواد المناسبة لتحضير ملاط ​​الجير . بالنسبة للملاط الإنشائي، أوصى باستخدام البوزولانا ( الاسم العلمي: pulvis puteolanus باللاتينية)، وهي الرمال البركانية المستخرجة من طبقات بوتسولي ، والتي تتميز بلونها البني المصفر الرمادي في المنطقة المحيطة بنابولي، والبني المحمر بالقرب من روما. وحدد فيتروفيوس نسبة جزء واحد من الجير إلى ثلاثة أجزاء من البوزولانا للملاط المستخدم في المباني، ونسبة 1:2 للأعمال تحت الماء. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

استخدم الرومان الخرسانة الهيدروليكية لأول مرة في المنشآت الساحلية المغمورة بالمياه، على الأرجح في الموانئ المحيطة بمدينة بايا قبل نهاية القرن الثاني قبل الميلاد. ^{[ 12 ]} ويُعد ميناء قيصرية مثالاً (22-15 قبل الميلاد) على استخدام تقنية الخرسانة الرومانية تحت الماء على نطاق واسع، ^{[ 10 ]} حيث تم استيراد كميات هائلة من البوزولانا من بوتيولي . ^{[ 13 ]}

لإعادة بناء روما بعد الحريق الذي دمر أجزاءً كبيرة من المدينة عام 64 ميلادي ، نصّ قانون البناء الجديد الذي وضعه نيرون بشكل أساسي على استخدام الخرسانة المغطاة بالطوب. ويبدو أن هذا قد شجع على تطوير صناعات الطوب والخرسانة. ^{[ 10 ]}

تم الكشف عن موقع بناء يعود تاريخه إلى عام 79 ميلادي في بومبي عام 2025، والذي احتوى على مواد بناء خرسانية رومانية غير مخلوطة بالإضافة إلى الهياكل الخرسانية. ^{[ 14 ]}

يتكون الخرسانة الرومانية، كأي نوع من الخرسانة ، من ركام وملاط هيدروليكي ، وهو مادة رابطة تُخلط بالماء وتتصلب بمرور الوقت. تنوعت تركيبة الركام، وشملت قطعًا من الصخور، وبلاطًا خزفيًا ، وقطعًا من الجير، وأنقاضًا من الطوب من بقايا مبانٍ هُدمت سابقًا. في روما، كان يُستخدم التوف البركاني المتوفر بكثرة كركام في كثير من الأحيان. ^{[ 15 ]}

استُخدم الجبس والجير الحي كمواد رابطة. ^{[ 2 ]} وكانت المساحيق البركانية، التي تُسمى البوزولانا أو "رمل الحفر" ، مفضلة حيثما أمكن الحصول عليها. تجعل البوزولانا الخرسانة أكثر مقاومة للماء المالح من الخرسانة الحديثة. ^{[ 16 ]} وكان للمونة البوزولانية نسبة عالية من الألومينا والسيليكا .

أظهرت دراسة أجريت عام 2023 أن حبيبات الجير، التي كانت تُعتبر سابقًا دليلاً على سوء تقنية التجميع، تتفاعل مع الماء المتسرب إلى الشقوق. ينتج عن هذا التفاعل كالسيوم نشط، مما يسمح بتكوين بلورات جديدة من كربونات الكالسيوم وإعادة سد الشقوق. ^{[ 17 ]} تتميز حبيبات الجير هذه ببنية هشة، يُرجح أنها تشكلت بتقنية "الخلط الساخن" باستخدام الجير الحي بدلاً من الجير المطفأ التقليدي ، مما يجعل الشقوق تنتشر بشكل تفضيلي عبر حبيبات الجير، وبالتالي قد تلعب دورًا حاسمًا في آلية الترميم الذاتي. ^{[ 1 ]}

كان الخرسانة، ولا سيما الملاط الهيدروليكي المسؤول عن تماسكها، نوعًا من السيراميك الإنشائي الذي استمدت فائدته بشكل كبير من مرونته الريولوجية في حالته المعجونية. وكانت عملية تصلب الأسمنت الهيدروليكي ناتجة عن ترطيب المواد والتفاعل الكيميائي والفيزيائي اللاحق لمنتجات هذا الترطيب. ويختلف هذا عن تصلب ملاط ​​الجير المطفأ ، وهو أكثر أنواع الأسمنت شيوعًا في العالم ما قبل الروماني. وبمجرد تصلبها، أظهرت الخرسانة الرومانية مرونة ضئيلة، على الرغم من احتفاظها ببعض المقاومة لإجهادات الشد.

تتشابه عملية تصلب الأسمنت البوزولاني إلى حد كبير مع عملية تصلب نظيره الحديث، أسمنت بورتلاند . ويُعدّ التركيب السيليكي العالي للأسمنت البوزولاني الروماني قريباً جداً من تركيب الأسمنت الحديث المضاف إليه خبث الأفران العالية أو الرماد المتطاير أو غبار السيليكا .

يُعتقد أن قوة ومتانة الخرسانة الرومانية المقاومة للماء تعود إلى تفاعل مياه البحر مع خليط من الرماد البركاني والجير الحي، مما يُنتج بلورة نادرة تُسمى التوبرموريت ، والتي قد تُقاوم التصدع. فعندما تتسرب مياه البحر إلى الشقوق الدقيقة في الخرسانة الرومانية، تتفاعل مع الفيليبسيت الموجود طبيعيًا في الصخور البركانية، مُكوّنةً بلورات التوبرموريت الألومينية . والنتيجة هي مرشحة لتكون "أكثر مواد البناء متانةً في تاريخ البشرية". في المقابل، تتدهور الخرسانة الحديثة المعرضة للمياه المالحة في غضون عقود. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

يُعدّ الخرسانة الرومانية في مقبرة سيسيليا ميتيلا نوعًا آخر غنيًا بالبوتاسيوم، مما أدى إلى تغييرات "تعزز المناطق البينية وتساهم في تحسين الأداء الميكانيكي". ^{[ 21 ]}

في بيئة معرضة للزلازل كشبه الجزيرة الإيطالية ، أدت الفواصل والإنشاءات الداخلية في الجدران والقباب إلى خلق فجوات في الكتلة الخرسانية. وبذلك، أمكن لأجزاء من المبنى أن تتحرك قليلاً عند حدوث حركة للأرض لاستيعاب هذه الضغوط، مما عزز قوة الهيكل بشكل عام. وبهذا المعنى، كانت الطوب والخرسانة مرنة. ولعل هذا هو السبب تحديدًا في أن العديد من المباني، على الرغم من تعرضها لتشققات خطيرة لأسباب مختلفة، لا تزال قائمة حتى يومنا هذا. ^{[ 22 ] [ 10 ]}

من التقنيات الأخرى المستخدمة لتحسين قوة الخرسانة واستقرارها ، تدرجها في القباب. ومن الأمثلة على ذلك البانثيون ، حيث يتكون ركام الجزء العلوي من القبة من طبقات متناوبة من التوف الخفيف والخفاف ، مما يمنح الخرسانة كثافة تبلغ 1350 كيلوغرامًا للمتر المكعب (84 رطلًا/ قدم مكعب) . أما أساسات المبنى، فقد استُخدم فيها حجر الترافرتين كركام ، والذي يتميز بكثافة أعلى بكثير تبلغ 2200 كيلوغرام للمتر المكعب (140 رطلًا/ قدم مكعب) . ^{[ 23 ] [ 10 ]}    

حظيت الدراسات العلمية للخرسانة الرومانية منذ عام 2010 باهتمام إعلامي وصناعي واسع. ^{[ 24 ]} ونظرًا لمتانتها الاستثنائية، وعمرها الطويل، وانخفاض أثرها البيئي، بدأت الشركات والبلديات باستكشاف استخدام الخرسانة الرومانية في أمريكا الشمالية. ويتضمن ذلك استبدال الرماد البركاني برماد الفحم المتطاير الذي يتمتع بخصائص مماثلة. ويقول المؤيدون إن تكلفة الخرسانة المصنوعة من رماد الفحم المتطاير قد تقل بنسبة تصل إلى 60%، لأنها تتطلب كمية أقل من الأسمنت. كما أنها تتميز بأثر بيئي أقل، نظرًا لانخفاض درجة حرارة تصنيعها وعمرها الطويل. ^{[ 25 ]} وقد وُجدت نماذج صالحة للاستخدام من الخرسانة الرومانية، تعرضت لبيئات بحرية قاسية، يبلغ عمرها 2000 عام، مع تآكل طفيف أو معدوم. ^{[ 26 ]} وفي عام 2013، نشرت جامعة كاليفورنيا في بيركلي مقالًا وصف لأول مرة الآلية التي يربط بها مركب سيليكات الكالسيوم والألومنيوم المائي فائق الاستقرار المادة معًا. ^{[ 27 ]} وخلال عملية إنتاجها، ينبعث من الخرسانة الرومانية كمية من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أقل من أي عملية إنتاج خرسانة حديثة. ^{[ 28 ]} ليس من قبيل المصادفة أن تكون جدران المباني الرومانية أكثر سمكًا من جدران المباني الحديثة. ومع ذلك، ظلّ الخرسانة الرومانية تكتسب قوتها لعدة عقود بعد اكتمال بنائها. ^{[ 18 ]}

• الأسمنت المعدل طاقيًا ( EMC ) – فئة من الأسمنت، تتم معالجتها ميكانيكيًا لتحويل تفاعليتها 
• الجيوبوليمر – هيكل بوليمري من السيليكون والأكسجين والألومنيوم يشبه الزيوليت ولكنه غير متبلور 
• النشاط البوزولاني – مقياس للتفاعل الكيميائي في الأسمنت 
• الطوب الروماني – نمط من الطوب المستخدم في العمارة الرومانية القديمة 
• الإسمنت الروماني – إسمنت مصنوع عن طريق حرق أحجار السيبتاريا، ولا علاقة له بروما القديمة 
• البناء الروماني – تقنيات البناء في روما القديمة 
• التوبرموريت – معدن إينوسيليكاتي متحول في الحجر الجيري المتحول وفي السكارن 

• هانت، كاتي (2023-01-06). "لماذا يدوم الخرسانة الرومانية أطول من نظيرتها الحديثة؟" . سي إن إن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-01-07 .
• برويس، بول (4 يونيو 2013). "الخرسانة الرومانية المصنوعة من مياه البحر تحمل سر خفض انبعاثات الكربون" . مركز أخبار مختبر بيركلي . تاريخ الاسترجاع: 7 يناير 2023 .
• وايمان، إيرين (16 نوفمبر 2011). "أسرار مباني روما القديمة" . مجلة سميثسونيان . تاريخ الاسترجاع: 7 يناير 2023 .