Ilmuwan MIT Memecahkan Rahasia Beton Romawi yang Bertahan Ribuan Tahun

Nationalgeographic.co.id - Orang Romawi kuno adalah ahli teknik, membangun jaringan jalan yang luas, saluran air, pelabuhan, dan bangunan besar, yang sisa-sisanya bertahan selama dua milenium. Seperti misalnya, Pantheon Roma yang terkenal, yang memiliki kubah beton tanpa tulangan terbesar di dunia dan didedikasikan pada tahun 128 M, masih utuh, dan beberapa saluran air Romawi kuno masih mengalirkan air ke Roma hingga saat ini.

Sementara itu, banyak struktur beton modern yang runtuh setelah beberapa dekade. Para peneliti telah menghabiskan waktu puluhan tahun mencoba mencari tahu rahasia dari bahan konstruksi kuno yang sangat tahan lama ini, terutama pada struktur yang bertahan dalam kondisi yang sangat keras, seperti dermaga, selokan, dan tembok laut, atau yang dibangun di lokasi yang aktif secara seismik.

Strategi manufaktur kuno yang tak terduga mungkin memegang kunci untuk merancang beton Romawi yang bertahan selama ribuan tahun. Sekarang, tim ilmuwan dari MIT, Harvard University, dan laboratorium di Italia dan Swiss, telah membuat kemajuan di bidang ini. Mereka menemukan strategi pembuatan beton Romawi yang menggabungkan beberapa fungsi penyembuhan diri utama.

Temuan ini diterbitkan dalam jurnal Science Advances, dalam sebuah makalah oleh profesor teknik sipil dan lingkungan MIT Admir Masic, mantan mahasiswa doktoral Linda Seymour, dan empat orang lainnya.

Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah berasumsi bahwa kunci ketahanan beton kuno Romawi adalah karena campuran bahan khusus abu vulkanik dari daerah Pozzuoli, di Teluk Napoli.

Abu khusus dari Pozzuoli, di Teluk Napoli diyakini adalah bahan khusus yang membuat beton Romawi tahan lama. Abu tersebut memang dikirim ke seluruh kekaisaran Romawi yang luas untuk digunakan dalam konstruksi, dan digambarkan sebagai bahan utama beton dalam catatan oleh arsitek dan sejarawan pada saat itu.

Dengan pemeriksaan lebih detail, ilmuwan Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan, bahwa sampel kuno ini juga mengandung fitur mineral putih terang berukuran milimeter yang kecil, khas, yang telah lama dikenal sebagai komponen beton Romawi yang ada di mana-mana.

Bongkahan putih tersebut, sering disebut sebagai "klas kapur," berasal dari kapur, komponen kunci lain dari campuran beton kuno. "Sejak saya pertama kali bekerja dengan beton Romawi kuno, saya selalu terpesona oleh fitur-fitur ini," kata Masic. "Ini tidak ditemukan dalam formulasi beton modern, jadi mengapa mereka hadir dalam bahan kuno ini?"

Sebelumnya itu hanya dianggap sebagai kecerobohan atau bahan mentah berkualitas rendah, tapi ternyata hal itulah yang menjadi rahasia kekuatan beton Romawi kuno. Studi baru ini menunjukkan bahwa pecahan kapur kecil ini memberi beton kemampuan penyembuhan diri yang sebelumnya tidak dikenal.

"Gagasan bahwa keberadaan kapur ini hanya dikaitkan dengan kontrol kualitas yang rendah selalu mengganggu saya," kata Masic.

"Jika orang Romawi berusaha keras untuk membuat bahan konstruksi yang luar biasa, mengikuti semua resep terperinci yang telah dioptimalkan selama berabad-abad, mengapa mereka melakukan begitu sedikit usaha untuk memastikan produksi produk akhir yang tercampur dengan baik? Pasti ada lebih banyak cerita (tentang) ini."

Setelah karakterisasi lebih lanjut dari klas kapur ini, menggunakan pencitraan multiskala beresolusi tinggi dan teknik pemetaan kimia yang dipelopori di lab penelitian Masic, para peneliti memperoleh wawasan baru ke dalam fungsi potensial dari klas kapur ini.

Secara historis, telah diasumsikan bahwa ketika kapur dimasukkan ke dalam beton Romawi, pertama kali digabungkan dengan air untuk membentuk bahan seperti pasta yang sangat reaktif, dalam proses yang dikenal sebagai slaking. Tetapi proses ini saja tidak dapat menjelaskan keberadaan klas kapur.

Masic bertanya-tanya: "Mungkinkah orang Romawi benar-benar menggunakan kapur secara langsung dalam bentuk yang lebih reaktif, yang dikenal sebagai kapur api?"

Mempelajari sampel beton kuno ini, dia dan timnya menentukan bahwa inklusi putih memang terbuat dari berbagai bentuk kalsium karbonat. Dan pemeriksaan spektroskopi memberikan petunjuk bahwa ini telah terbentuk pada suhu ekstrim, seperti reaksi eksotermis saat menggunakan kapur.

Tim sekarang menyimpulkan, sebenarnya hal itulah adalah kunci dari sifat super tahan lama. "Manfaat pencampuran panas ada dua," kata Masic.

"Pertama, ketika keseluruhan beton dipanaskan pada suhu tinggi, hal itu memungkinkan kimiawi yang tidak mungkin terjadi jika Anda hanya mencampurkan kapur, menghasilkan senyawa terkait suhu tinggi yang tidak akan terbentuk."

"Kedua, peningkatan suhu ini secara signifikan mengurangi proses pengawetan dan pengerasan sejak semua reaksi dipercepat, memungkinkan konstruksi lebih cepat."

Selama proses pencampuran panas, klas kapur mengembangkan arsitektur partikel nano yang rapuh, menciptakan sumber kalsium yang mudah retak dan reaktif, yang, seperti yang diusulkan tim, dapat memberikan fungsi penyembuhan diri yang kritis.

Segera setelah retakan kecil mulai terbentuk di dalam beton, retakan tersebut secara istimewa dapat berjalan melalui klas kapur dengan luas permukaan tinggi.

Bahan ini kemudian dapat bereaksi dengan air, menciptakan larutan jenuh kalsium, yang dapat mengkristal kembali sebagai kalsium karbonat dan mengisi retakan dengan cepat, atau bereaksi dengan bahan Pozzuoli untuk lebih memperkuat bahan komposit.

Reaksi-reaksi ini terjadi secara spontan dan karenanya secara otomatis menyembuhkan retakan sebelum menyebar. Dukungan sebelumnya untuk hipotesis ini ditemukan melalui pemeriksaan sampel beton Romawi lainnya yang menunjukkan retakan berisi kalsit.

Untuk membuktikan bahwa ini memang mekanisme yang bertanggung jawab atas daya tahan beton Romawi, tim menghasilkan sampel beton campuran panas yang menggabungkan formulasi kuno dan modern, dengan sengaja memecahkannya, dan kemudian mengalirkan air melalui retakan tersebut.

Benar saja, dalam dua minggu retakan telah sembuh total dan air tidak bisa lagi mengalir. Bongkahan beton identik yang dibuat tanpa kapur tidak pernah sembuh, dan air terus mengalir melalui sampel. Sebagai hasil dari pengujian yang sukses ini, tim bekerja untuk mengkomersialkan bahan semen yang dimodifikasi ini.

“Sangat menarik untuk memikirkan bagaimana formulasi beton yang lebih tahan lama ini tidak hanya dapat memperpanjang masa pakai material ini, tetapi juga bagaimana hal itu dapat meningkatkan daya tahan formulasi beton cetak 3D,” kata Masic.

Melalui perpanjangan umur fungsional dan pengembangan bentuk beton yang lebih ringan, dia berharap upaya ini dapat membantu mengurangi dampak lingkungan dari produksi semen, yang saat ini menyumbang sekitar 8 persen dari emisi gas rumah kaca global.

Seiring dengan formulasi baru lainnya, seperti beton yang benar-benar dapat menyerap karbon dioksida dari udara, fokus penelitian laboratorium Masic lainnya saat ini, peningkatan ini dapat membantu mengurangi dampak beton terhadap iklim global.

PROMOTED CONTENT