고대 로마 사람들은 매우 높은 건축기술을 가지고 있었으며 약 2000년 전에 만들어진 도로와 수도교, 항구, 건축물 등이 현대에 이르기까지 남아 있습니다. 이 내구성에 대한 수수께끼를 매사추세츠 공과대학(MIT)이 이끄는 국제적인 연구팀이 조사해 콘크리트 제조공정에 힌트가 있음이 밝혀졌습니다.
Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete | Science Advances
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602
Riddle solved: Why was Roman concrete so durable? | MIT News | Massachusetts Institute of Technology
https://news.mit.edu/2023/roman-concrete-durability-lime-casts-0106
Riddle solved: Why was Roman concrete so durable?
Researchers have discovered ancient Roman concrete-manufacturing strategies that incorporated self-healing. Applying this knowledge toward modern cement production, they hope to improve the material’s environmental impact.
news.mit.edu
We Finally Know How Ancient Roman Concrete Was So Durable : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/we-finally-know-how-ancient-roman-concrete-was-so-durable
We Finally Know How Ancient Roman Concrete Was So Durable
The ancient Romans were masters of building and engineering, perhaps most famously represented by the aqueducts.
www.sciencealert.com
고도의 건축기술을 가진 고대 로마인이 사용한 콘크리트는 로마 콘크리트라 불리며 현대에서 널리 사용되고 있는 철근 콘크리트의 수명이 약 50~100년 정도인데 반해 2000년이 경과해도 구조를 유지할 수 있는 내구력이 있습니다.
118년~128년에 걸쳐 건조된 고대 로마의 신전 판테온은 로마 콘크리트의 기초부분에 건물과 돔이 놓인 구조로 기초와 돔 부분은 거의 개수선되지 않았음에도 불구하고 약 2000년이 경과한 현대까지 당시의 모습을 남기고 있습니다.
로마 콘크리트에 대한 과거의 연구는 원료에 화산재를 혼합하여 결합능력이 있는 화합물이 생성되는 포졸란 반응을 촉진하여 강도 향상으로 이어지는 것을 밝혀냈습니다. 또한 로마 콘크리트는 해수에 의한 부식과정을 이용하여 더욱 강도가 높아지고 있다는 연구결과도 보고되었습니다.
New studies of ancient concrete could teach us to do as the Romans did
https://phys.org/news/2017-07-ancient-concrete-romans.html
New studies of ancient concrete could teach us to do as the Romans did
Around A.D. 79, Roman author Pliny the Elder wrote in his Naturalis Historia that concrete structures in harbors, exposed to the constant assault of the saltwater waves, become "a single stone mass, impregnable to the waves and every day stronger."
phys.org
Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete | American Mineralogist
http://ammin.geoscienceworld.org/content/102/7/1435
Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete |
Raman spectroscopic analyses referenced to previous 29Si and 27Al nuclear magnetic resonance (NMR) studies provide insights into the roles of Al3+, Na+, and K+ in Baianus Sinus Al-tobermorite from diverse microstructural environments, as compared with idea
pubs.geoscienceworld.org
새롭게 MIT가 이끄는 국제적인 연구팀은 로마 콘크리트에서 볼 수 있는 '석회 클러스트'라는 작은 석회 덩어리에 주목하여 연구를 실시했습니다. MIT의 환경공학 준교수이자 로마 콘크리트 연구자인 Admir Masic 씨는 “고대 로마의 콘크리트를 다루기 시작한 이래 나는 계속 그 특징에 매료되어 왔다”며 “석회 클러스트는 현대의 콘크리트 구조에는 보이지 않는데 왜 고대 로마의 콘크리트에는 존재하는 것일까요?”라고 말합니다.
지금까지 석회 클러스트는 단순히 조잡한 원료혼합이나 저품질 원료의 사용으로 인한 것이라고 생각되어 왔지만 Masic 씨는 그 생각에 의문을 가지고 있었다고 합니다. "로마인들이 수세기에 걸쳐 최적화되어 온 상세한 조리법에 따라 우수한 건축자재를 만들기 위해 노력해 왔다"며 석회 클러스트에는 어떠한 의미가 있을 것이라고 생각해 연구를 실시했다고 합니다.
연구팀은 고대 로마 유적에서 채취한 로마 콘크리트 샘플을 주사전자현미경과 에너지 분산형 X선 분광법, 분말 X선 회절 분석, 공초점 라만 이미징 등의 방법으로 분석했습니다.
종래의 가설에서는 로마 콘크리트에 사용된 석회는 소석회(수산화칼슘)라고 생각되었습니다. 그런데 석회 클러스트의 분석으로 로마 콘크리트에 포함된 석회는 생석회(산화칼슘) 또는 소석회와 생석회인 것이 시사되었습니다.
연구팀은 소석회가 아닌 생석회를 사용하자 발열반응이 일어났고 이것에 의한 Hot Mixing(핫 믹싱)이 로마 콘크리트의 내구성의 비밀이라고 생각하고 있습니다. Masic 씨는 “핫 믹싱의 이점은 2가지로 우선 콘크리트 전체를 고온으로 가열하면 소석회만을 사용했을 경우에는 불가능한 화학반응이 일어나 고온과 관련된 화합물이 생성됩니다. 이어서 이 고온화는 모든 반응을 촉진하기 때문에 경화와 응결시간을 대폭 단축하여 훨씬 신속한 건설이 가능하다”고 설명했습니다.
가설에 의하면 고온에서의 혼합 프로세스 중에 석회 클러스트가 특징적인 부서지는 나노 입자 구조가 되어 이것이 로마 콘크리트에 자가복구 능력을 부여한다고 추정합니다. 균열에 침투한 나노입자 구조는 물과 반응하여 탄산칼슘으로서 재결정화함으로써 균열을 메우거나 콘크리트를 강화하는 것으로 생각되고 있습니다.
연구팀은 이 가설에 대해 조사하기 위해 실제로 이번에 시사된 로마 콘크리트의 원료와 현대의 콘크리트에 사용되는 원료로 각각 콘크리트를 만들어 고의로 균열을 내고 나서 물을 흘렸는데 생석회가 있는 배합으로 만들어진 콘크리트에서는 2주 이내에 균열이 수복되었습니다.
이번 결과를 바탕으로 연구팀은 현재 콘크리트의 대체품이 되는 친환경 콘크리트의 제품화를 시도하고 있습니다. Masic 씨는 "이와 같은 내구성이 높은 콘크리트 건축 자재가 건축물의 수명을 연장할 뿐만 아니라 3D 프린트된 콘크리트 건축자재의 내구성을 향상시킬 수 있다고 기대된다"고 말했습니다.
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