Trong số nhiều địa điểm du lịch nổi tiếng ở Rome, có một lăng mộ 2.000 năm tuổi ấn tượng dọc Via Appia được gọi là Ngôi mộ của Cecilia Metella, quý tộc sống vào thế kỷ thứ nhất sau Công Nguyên. Lord Byron nằm trong số những người ngạc nhiên trước Ngôi đền, thậm chí còn đề cập đến nó trong bài thơ sử thi của mình Cuộc hành hương của đứa trẻ Harold (1812-1818). Các nhà khoa học hiện đã phân tích các mẫu bê tông cổ đại được sử dụng để xây dựng lăng mộ và mô tả những phát hiện của họ trong một xuất bản một bài báo vào tháng 10 trên Tạp chí của Hiệp hội Gốm sứ Hoa Kỳ.

“Việc xây dựng tượng đài và cột mốc sáng tạo và rất mạnh mẽ này trên Via Appia Antica chỉ ra rằng [Caecilia Metella] Ông ấy rất được kính trọng, ” Đồng tác giả Mary Jackson cho biết:, nhà địa vật lý ở Đại học Utah. “Kết cấu bê tông sau 2050 năm phản ánh sự hiện diện mạnh mẽ và kiên cường.”

như ngày hôm nay Xi măng Portland (thành phần thiết yếu của bê tông hiện đại), cũ bê tông la mã Về cơ bản, nó là một hỗn hợp của bùn bán lỏng và cốt liệu. Xi măng poóc lăng thường được sản xuất bằng cách nung đá vôi và đất sét (cũng như đá sa thạch, tro, phấn và sắt) trong lò nung. Clinker thu được sau đó được nghiền thành bột mịn, chỉ thêm một chút thạch cao – càng cao càng tốt để có được bề mặt phẳng, mịn. Nhưng cốt liệu được sử dụng để làm bê tông La Mã là những viên đá hoặc gạch có kích thước bằng nắm tay.

trong luận án của anh ấy ngành kiến ​​trúc (khoảng 30 sau Công nguyên), kiến ​​trúc sư và kỹ sư người La Mã Vitruvius Ông đã viết về cách xây những bức tường bê tông cho những công trình kiến ​​trúc có thể tồn tại lâu dài mà không bị đổ nát. Ông khuyến nghị rằng các bức tường dày ít nhất là hai feet, được làm bằng “đá đỏ hình vuông hoặc bằng gạch hoặc dung nham xếp thành từng lớp”. Cốt liệu của gạch hoặc đá mácma phải được liên kết bằng một loại bùn bao gồm vôi tôi và các mảnh thủy tinh và tinh thể xốp từ các vụ phun trào núi lửa (được gọi là tephra núi lửa).

Jackson đã nghiên cứu các đặc tính khác thường của bê tông La Mã cổ đại trong nhiều năm. Ví dụ, cô và nhiều đồng nghiệp đã phân tích Vữa được sử dụng trong bê tông mà nó được cấu thành Trajan’s Markets, được xây dựng từ năm 100 đến năm 110 sau Công Nguyên (có lẽ là trung tâm mua sắm lâu đời nhất trên thế giới). Họ đặc biệt quan tâm đến “keo” được sử dụng trong giai đoạn liên kết của vật liệu: canxi-nhôm silicat hydrat (CASH), được gia cố bằng các tinh thể của Stratlingette. Họ phát hiện ra rằng các tinh thể strattlegate đã ngăn chặn sự hình thành và lây lan của các vết nứt nhỏ trong bùn, có thể dẫn đến các vết nứt lớn hơn trong cấu trúc.

Năm 2017, Jackson đồng tác giả giấy Phân tích hình thức cụ thể của tàn tích của các bức tường chắn sóng dọc theo bờ biển Địa Trung Hải của Ý, nơi đã chịu đựng được môi trường biển khắc nghiệt trong suốt hai nghìn năm. Những đợt nước mặn liên tục đập vào tường từ lâu sẽ biến những bức tường bê tông hiện đại thành đống đổ nát, nhưng những bức tường biển La Mã trên thực tế dường như đã trở nên vững chắc hơn.

Jackson và các đồng nghiệp của cô đã phát hiện ra rằng bí quyết kéo dài tuổi thọ của nó là một công thức đặc biệt, bao gồm một hỗn hợp các tinh thể hiếm và một kim loại xốp. Cụ thể, việc tiếp xúc với nước biển đã kích hoạt các phản ứng hóa học bên trong bê tông, gây ra sự hình thành các tinh thể nhôm tobermorit từ phillipsite, một khoáng chất phổ biến được tìm thấy trong tro núi lửa. Các tinh thể được gắn vào đá, điều này một lần nữa ngăn cản sự hình thành và lan rộng của các vết nứt có thể làm suy yếu cấu trúc.

Do đó, Jackson tự nhiên bị thu hút bởi Caecilia Metella, nơi được nhiều người coi là một trong những di tích được bảo tồn tốt nhất trên Đường Appian. Jackson đến thăm nghĩa trang vào tháng 6 năm 2006, khi cô lấy các mẫu vữa nhỏ để phân tích. Mặc dù ngày đến thăm cô ấy rất ấm áp, cô ấy nhớ rằng ngay khi bước vào hành lang của ngôi đền, không khí vô cùng lạnh và ẩm ướt. “Nó rất êm đềm, ngoại trừ tiếng bay của chim bồ câu ở tâm mở của cấu trúc hình tròn,” Jackson nói.

Hầu như không ai biết đến Lady Caecilia Metella, người phụ nữ quý tộc có hài cốt được chôn cất trong lăng mộ, ngoài việc cô ấy là con gái của một lãnh sự La Mã, Quintus Caecilius Metellus Creticus. kết hôn Marcus Licinius Crassus, cha của (cùng tên) là một phần của bộ ba đầu tiên, với Julius Caesar Và Pompeii Đại đế. Nó có lẽ là con trai của cô ấy – cũng được đặt tên là Marcus Licinius Crassus, Tại sao các nhà sử học dễ dàng truy tìm được dòng họ? – người đã ra lệnh xây dựng ngôi đền, có lẽ được xây dựng vào khoảng giữa năm 30 và 10 trước Công nguyên.

Quan tài bằng đá cẩm thạch ở Palazzo Farnese được cho là từ lăng mộ của Caecilia Metella, nhưng nó có thể không phải của các nhà quý tộc vì nó có niên đại từ năm 180 đến 190 sau Công nguyên. Bên cạnh đó, hỏa táng là một trong những truyền thống mai táng phổ biến nhất vào thời điểm phu nhân qua đời, và do đó các nhà sử học tin rằng lăng mộ Silla có thể từng chứa một chiếc bình đựng rượu thay vì một loại quan tài bằng đá.

Bản thân cấu trúc của lăng mộ là mối quan tâm nhất của các học giả như Jackson và các đồng nghiệp của cô. Ngôi đền nằm trên đỉnh đồi. Có một hình trụ tròn trên đỉnh một nền tảng hình vuông, với một lâu đài gắn liền với phía sau được xây dựng vào khoảng thế kỷ 14. Bên ngoài có một tấm bảng với dòng chữ, “To Caecilia Metella, Con gái của Quintus Creticus [and wife] Crassus ”.

Nền tảng được xây dựng một phần trên nó đá tuff (tro núi lửa được nén dưới áp lực) và đá dung nham từ dòng chảy cổ xưa từng bao phủ khu vực này khoảng 260.000 năm trước. Cả nền tảng và nhà quay vòng đều bao gồm nhiều lớp bê tông dày, được bao quanh bởi các khối đá vôi làm khung trong khi các lớp bê tông hình thành và đông cứng lại. Các bức tường của tháp dày 24 feet. Ban đầu sẽ có một gò đất hình nón trên đỉnh, nhưng sau đó nó đã được thay thế bằng các thành lũy thời trung cổ.

Để có cái nhìn sâu hơn về cấu trúc vi mô của cối, Jackson đã hợp tác với các đồng nghiệp của MIT là Linda Seymour và Admir Masek, cũng như Nobumichi Tamura của Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley. Tamura đã phân tích các mẫu trong nguồn sáng tiên tiến, điều này đã giúp họ xác định và định hướng nhiều loại khoáng chất khác nhau có trong các mẫu. Dòng tia ALS tạo ra tia X mạnh mẽ, có kích thước micromet, có thể xuyên qua toàn bộ độ dày của mẫu vào Tamura. Nhóm nghiên cứu cũng chụp ảnh các mẫu bằng kính hiển vi điện tử quét.

Họ phát hiện ra rằng cối của ngôi mộ tương tự như loại vữa được sử dụng trong các bức tường của ngôi mộ Trajan’s Markets: Núi lửa tephra từ Pozzolane Rosse dòng dung nham, gắn kết những mảnh gạch lớn và nham thạch lại với nhau. Tuy nhiên, tephra được sử dụng trong hầm mộ có chứa nhiều leucit giàu kali. Qua nhiều thế kỷ, nước mưa và nước ngầm thấm qua các bức tường của lăng mộ, hòa tan leucit và giải phóng kali. Đây sẽ là một thảm họa đối với bê tông hiện đại, dẫn đến các vết nứt nhỏ và cấu trúc hư hỏng nghiêm trọng.

Rõ ràng, điều này đã không xảy ra với ngôi mộ. nhưng tại sao? Jackson và những người khác. Ông xác định rằng kali trong vữa lần lượt hòa tan và hoàn nguyên hiệu quả giai đoạn liên kết CASH. Một số bộ phận vẫn còn nguyên vẹn ngay cả sau hơn 2.000 năm, trong khi những bộ phận khác trông mềm hơn và có một số dấu hiệu của sự phân cắt. Trên thực tế, cấu trúc hơi giống với cấu trúc của các tinh thể nano.

“Nó chỉ ra rằng các lớp xen kẽ trong bê tông La Mã cổ đại của nghĩa địa Caecilia Metella không ngừng phát triển thông qua quá trình tái tạo lâu dài,” Mặt nạ nói. “Những tái tạo này tăng cường các vùng giao diện và có khả năng góp phần cải thiện hiệu suất cơ học và khả năng chống hỏng hóc của các vật liệu cũ hơn.”

Các nhà khoa học càng biết nhiều về thành phần chính xác của các khoáng chất và hợp chất được sử dụng trong bê tông La Mã, họ càng có khả năng tái tạo những phẩm chất này trong bê tông ngày nay – chẳng hạn như tìm ra chất thay thế phù hợp (chẳng hạn như tro bay than) cho đá lửa hiếm mà người La Mã sử ​​dụng. Điều này có thể làm giảm tới 85% lượng phát thải năng lượng của quá trình sản xuất bê tông và cải thiện đáng kể tuổi thọ của các kết cấu bê tông hiện đại.

“Việc tập trung vào thiết kế bê tông hiện đại với các lớp xen kẽ được gia cố liên tục có thể cung cấp cho chúng tôi một chiến lược khác để cải thiện độ bền của vật liệu xây dựng hiện đại” Mặt nạ nói. “Thực hiện điều này bằng cách kết hợp ‘trí tuệ La Mã’ đã được kiểm chứng qua thời gian cung cấp một chiến lược bền vững sẽ cải thiện tính liên tục của các giải pháp hiện đại của chúng tôi theo các cấp độ lớn.”

DOI: Tạp chí của Hiệp hội gốm sứ Hoa Kỳ, 2021. 10.1111 / Jess .18133 (Về DOIs).