Keep in Touch
รับข่าวสารเรื่องการออกแบบ สถาปัตยกรรม ไลฟ์สไตล์
ทางอีเมล ที่จะส่งตรงถึงคุณทุกเดือน ลงทะเบียนได้ที่ด้านล่างนี้เลย!
Menu
เป็นเวลากว่าสองพันปีแล้วที่สิ่งก่อสร้างหลายแห่งจากยุคโรมันยังสามารถยืนหยัดผ่านกาลเวลามาได้ ไม่ว่าจะเป็นสนามกีฬาโคลอสเซียม (Colosseum, 72-80 AD), วิหารแพนธีออน (Pantheon, 125 AD), จตุรัสโรมัน (Roman Forum) รวมถึงถนน สะพาน และสะพานส่งน้ำอีกหลายแห่งที่ในปัจจุบันยังสามารถทำหน้าที่ได้อย่างไม่บกพร่อง อาจกล่าวได้ว่าคอนกรีตในยุคโรมันมีความทนทานต่างกับสิ่งก่อสร้างคอนกรีตหลายแห่งในปัจจุบันที่อยู่ได้เพียงหลักสิบถึงร้อยปี
แต่ทว่ากุญแจสู่ความแข็งแรงของคอนกรีตโรมันเป็นปริศนาเรื่อยมาจนกระทั่งเมื่อต้นปี 2023 นี้เอง ทีมวิจัยนำโดยสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ร่วมด้วยมหาวิทยาลัยฮาวาร์ด, แล็บวิจัยจากประเทศอิตาลีและสวิตเซอร์แลนด์ ได้ตีพิมพ์ผลงานลงในนิตยสาร Science Advance ว่าด้วยวิธีการและองค์ประกอบสู่ความแข็งแรงของคอนกรีตยุคโรมัน
ส่วนประกอบสำคัญในคอนกรีต ที่เคยถูกมองว่ามาจากความสะเพร่า
งานวิจัยของ Linda M. Seymour ร่วมกับนักวิจัยอื่นๆอีก 4 คน และรองศาสตราจารย์คณะวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม Admir Masic แห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ภายใต้ชื่อ “Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete” มีเนื้อหาเกี่ยวกับองค์ประกอบและวิธีการผสมคอนกรีตในยุคโรมันโบราณที่ให้ได้มาถึงความแข็งแรงซึ่งมากกว่าคอนกรีตในปัจจุบันหลายเท่าตัว ตลอดหลายปีที่ผ่านมานักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าความแข็งแรงของคอนกรีตในยุคโรมันมาจากหนึ่งในส่วนผสมหลักนั่นคือ เถ้าภูเขาไฟเมืองพอซซูโอลี (Pozzuoli Volcanic Ash) ในแคว้นคัมปาเนีย ประเทศอิตาลี โดยเถ้าภูเขาไฟนี้มี ปอซโซลาน (Pozzolanic Materials) ซึ่งมีซิลิกาและอลูมินาเป็นส่วนประกอบหลักทางเคมี
ทางทีมวิจัยพบว่า ในคอนกรีตโรมันมีส่วนประกอบอีกอย่างหนึ่งที่หาไม่ได้ในส่วนผสมคอนกรีตปัจจุบัน เป็นเศษแร่สีขาวขนาดจิ๋วในหน่วยมิลลิเมตร แร่เหล่านี้มีชื่อเรียกว่า เศษหินปูน (Lime Clasts) เดิมนักวิจัยเชื่อว่าเศษหินปูนเหล่านี้มาจากความสะเพร่าในการผสม หรือการควบคุมคุณภาพที่ไม่ดีเท่าไหร่ในสมัยก่อน แต่นักวิจัยกลุ่มนี้ได้ตั้งข้อสังเกตว่า ทำไมชาวโรมันที่มีความพิถีพิถันในการก่อสร้าง ถึงปล่อยให้มีข้อบกพร่องในส่วนผสมโดยที่ไม่มีการแก้ไขใดๆ หรือว่าสิ่งที่นักวิจัยมองว่าเป็นข้อบกพร่องนั้น แท้จริงแล้วคือส่วนประกอบสำคัญที่มองข้ามไป
กุญแจสู่ความแข็งแรงของคอนกรีตโบราณ
จากหลักฐานทางประวัติศาสตร์จะพบว่าหนึ่งในส่วนผสมสำคัญของคอนกรีตโรมันมาจากส่วนผสมของปูนขาว (Lime หรือแคลเซียมออกไซด์) และน้ำ เกิดเป็นสารประกอบ แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Slaked Lime) ลักษณะคล้ายแป้งเปียก เรียกวิธีผสมนี้ว่า Slaking แต่การผสมในลักษณะนี้ไม่ทำให้เกิดเศษหินปูน Lime Clast เหมือนที่พบได้ทั่วไป จึงตั้งสมมติฐานว่าน่าจะใช้หินปูนในลักษณะของแคลเซียมออกไซด์ (Quick Lime) โดยตรงมากกว่า จึงทำการศึกษาเพิ่มเติมจนได้ข้อสรุปว่า เศษหินปูนที่สามารถพบได้ทั่วไปในคอนกรีตโรมันนั้นมาจากสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนตในหลายลักษณะ ผสมกันกับส่วนประกอบอื่นๆภายใต้อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะการใช้ปูนขาวประเภท Quick lime โดยตรงและแบบที่ผสมน้ำจนเกิดเป็น Slaked Lime
หลักจากทำการศึกษา ทีมวิจัยได้ข้อสรุปว่าการผสมคอนกรีตในอุณหภูมิสูงทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีแบบพิเศษที่เพิ่มความแข็งแรง โดยเศษหินปูนที่อยู่ภายในจะมีลักษณะเปราะ (Brittle Nanoparticulate) และไวต่อปฏิกิริยา เมื่อคอนกรีตเกิดรอยแตกร้าว เศษหินปูนเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับความชื้นเกิดเป็นผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตเพื่อซ่อมแซมตัวเอง หรือทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบปอซโซลานอื่นๆเกิดเป็นสารประกอบที่แข็งแรงขึ้น นอกจากนี้การผสมคอนกรีตภายใต้อุณหภูมิสูงยังช่วยลดระยะเวลาการบ่มตัวอีกด้วย เพื่อพิสูจน์สมมติฐานเกี่ยวกับวิธีการผสมและส่วนประกอบที่มีผลต่อความแข็งแรงของคอนกรีตโรมัน ทีมวิจัยจึงทำกลุ่มตัวอย่างที่ประยุกต์ส่วนผสมโรมันกับสมัยใหม่ภายใต้อุณหภูมิสูง จากนั้นทำให้เกิดรอยร้าวและปล่อยให้น้ำไหลผ่าน เมื่อเวลาผ่านไปเพียงสองอาทิตย์ปรากฎว่ารอยร้าวสามารถสมานตัวกันสนิทจนน้ำไม่สามารถไหลผ่านได้
การผลิตปูนซีเมนต์ในปัจจุบันสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงถึง 8% ของก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากในขั้นตอนการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา ปริมาณ 1 ตัน (Ordinary Portland Cement) จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงถึง 1 ตันออกสู่ชั้นบรรยากาศเช่นกัน การพัฒนาคอนกรีตให้มีความทนทานมากขึ้นนั้นนอกจากจะเป็นการลงทุนในระยะยาวแล้ว ยังช่วยให้ลดผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมที่เกิดจากการบำรุงรักษาได้อีกทางหนึ่ง ในขณะนี้ทางทีมวิจัยจึงเริ่มทำการพัฒนาและปรับปรุงสูตรเพื่อสามารถถ่ายทอดสู่ท้องตลาดต่อไป
ในปัจจุบันมีหลายองค์กรร่วมกันพัฒนาวัสดุก่อสร้างที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม บ้างก็มุ่งเน้นไปที่การนำนวัตกรรมแห่งอนาคตมาใช้ บ้างก็ผสมผสานความรู้จากหลายแขนงเข้าด้วยกัน ในขณะเดียวกันงานวิจัยชิ้นนี้ถือว่าเป็นการค้นพบครั้งใหญ่ เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่สามารถต่อยอดไปสู่การพัฒนาคอนกรีตที่มีความทนทานมากขึ้นในอนาคต ไม่แน่ว่าการศึกษาหลักฐานจากอารยธรรมที่เคยรุ่งโรจน์ในอดีต อาจจะช่วยให้เราสามารถก้าวไปข้างหน้าได้อย่างมั่นคงและยั่งยืนขึ้นก็เป็นได้
References:
– Ahmad, Z. (2017, July). Why modern mortar crumbles, but Roman concrete lasts millennia. Retrieved from https://www.science.org/content/article/why-modern-mortar-crumbles-roman-concrete-lasts-millennia
– Chandler, D. L. (2023, January). Riddle solved: Why was Roman concrete so durable? Retrieved from https://news.mit.edu/2023/roman-concrete-durability-lime-casts-0106
– Seymour, L. M., Maragh, J., Sabatini, P., Tommaso, M. D., Weaver, J. C., & Masic, A. (2023, Febuary). Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman Concrete. ScienceAdvances. Retrieved from https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1602
– อมรธำมรงค์, ณ. (2017, September). นวัตกรรมและวิทย์น่ารู้ ตอนที่ 12 : Ancient Roman Concrete. Retrieved from https://thaiembdc.org/th/2017/07/12/dr-mana-12/
รับข่าวสารเรื่องการออกแบบ สถาปัตยกรรม ไลฟ์สไตล์
ทางอีเมล ที่จะส่งตรงถึงคุณทุกเดือน ลงทะเบียนได้ที่ด้านล่างนี้เลย!