MIT 화학자 Admir Masic은 그의 실험이 폭발하지 않기를 진심으로 바랐습니다.
Masic과 그의 동료들은 콘크리트, 시멘트, 자갈, 모래 및 물의 혼합물을 만드는 고대 로마 기술을 재현하려고 했습니다. 연구원들은 생석회라고도 불리는 산화칼슘의 건조한 과립을 화산재와 혼합하여 시멘트를 만드는 “열간 혼합”이라는 과정이 핵심이라고 생각했습니다. 그런 다음 물이 추가됩니다.
그들은 뜨거운 혼합이 궁극적으로 완전히 매끄럽고 혼합되지 않고 칼슘이 풍부한 작은 암석을 포함하는 시멘트를 생산할 것이라고 생각했습니다. 로마인의 콘크리트 건물 벽에 어디에나 있는 그 작은 돌들은 그러한 구조물이 세월의 황폐함을 견뎌온 이유에 대한 열쇠일 수 있습니다.
그것은 현대 시멘트가 만들어지는 방식이 아닙니다. 생석회와 물의 반응은 매우 발열성이어서 많은 열을 발생시킬 수 있으며 폭발할 수도 있습니다.
“모두가 ‘당신은 미쳤다’고 말할 것입니다.”라고 Masic은 말합니다.
그러나 빅뱅은 일어나지 않았다. 대신, 반응은 열, 수증기의 축축한 한숨, 그리고 작은 흰색 칼슘이 풍부한 암석을 포함하는 로마인과 같은 시멘트 혼합물만 생성했습니다.
연구원들은 콘크리트 장수를 위한 로마의 비법을 재창조하기 위해 수십 년 동안 노력해 왔지만 거의 성공하지 못했습니다. 핫 믹싱이 핵심이라는 생각은 교육받은 추측이었습니다.
Masic과 동료들은 로마 건축가 Vitruvius와 역사가 Pliny의 글을 자세히 살펴보았는데, 이는 진행 방법에 대한 몇 가지 단서를 제공했습니다. 예를 들어, 이러한 문헌은 생석회의 근원인 석회석이 매우 순수해야 하고 생석회와 뜨거운 재를 혼합한 다음 물을 추가하면 많은 열이 발생할 수 있다는 것과 같은 원료에 대한 엄격한 사양을 인용했습니다.
바위는 언급되지 않았지만 팀은 바위가 중요하다는 느낌을 받았습니다.
“우리가 고대 로마 콘크리트에서 본 모든 샘플에서 이러한 흰색 내포물을 찾을 수 있습니다.” 벽에 박힌 바위 조각입니다. Masic은 수년 동안 이러한 내포물의 기원이 불분명했다고 말했습니다. 연구자들은 아마도 시멘트의 불완전한 혼합을 의심했을 것입니다. 그러나 이들은 우리가 말하는 고도로 조직화된 로마인입니다. “모든 운영자가 제대로 혼합되지 않고 모든 단일 [건물]에 결함이 있을 가능성이 얼마나 됩니까?”
팀은 시멘트의 이러한 내포물이 버그가 아니라 실제로 기능이라면 어떻게 될까요? 이탈리아 Privernum 고고학 유적지의 벽에 박힌 암석에 대한 연구원의 화학적 분석은 내포물에 칼슘이 매우 풍부한 것으로 나타났습니다.
그것은 이 암석들이 건물이 풍화나 심지어 지진으로 인한 균열로부터 스스로 치유하는 데 도움이 될 수 있다는 감질나는 가능성을 시사했습니다. 칼슘의 공급은 이미 준비되어 있었습니다. 칼슘은 용해되어 균열 속으로 스며들어 재결정화될 것입니다. 짜잔! 흉터가 치유되었습니다.
그러나 팀이 실제로 이것을 관찰할 수 있습니까? 첫 번째 단계는 뜨거운 혼합을 통해 암석을 다시 만들고 아무 것도 폭발하지 않기를 바라는 것입니다. 2단계: 로마에서 영감을 받은 시멘트를 테스트합니다. 팀은 고온 혼합 공정을 사용하거나 사용하지 않고 콘크리트를 만들고 나란히 테스트했습니다. 각 콘크리트 블록은 반으로 부서졌고, 조각들은 약간의 간격을 두고 배치되었습니다. 그런 다음 균열을 통해 물을 조금씩 흐르게 하여 누출이 멈추기까지 시간이 얼마나 걸리는지 확인했습니다.
“결과는 놀라웠습니다.”라고 Masic은 말합니다. 고온 혼합 시멘트를 포함하는 블록은 2~3주 내에 치유됩니다. 뜨거운 혼합 시멘트 없이 생성된 콘크리트는 전혀 치유되지 않는다고 팀은 1월 6일 Science Advances에 보고했습니다.
레시피를 해독하는 것은 지구에 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 판테온과 그 높이 치솟은 정교한 콘크리트 돔은 거의 2,000년 동안 서 있었으며 현대식 콘크리트 구조물의 수명은 약 150년이며 이것이 최상의 시나리오입니다. 그리고 로마인들은 구조물을 지탱하는 강철 보강 막대가 없었습니다.
콘크리트 구조물의 빈번한 교체는 더 많은 온실 가스 배출을 의미합니다. 콘크리트 제조는 대기 중 이산화탄소의 거대한 공급원이므로 더 오래 지속되는 버전은 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다. “우리는 이 재료로 연간 4기가톤을 만듭니다.”라고 Masic은 말합니다. 이 공장에서는 생산된 콘크리트 미터톤당 최대 1미터톤의 CO2를 생산하며, 이는 현재 연간 전 세계 CO2 배출량의 약 8%에 해당합니다.
그럼에도 불구하고 콘크리트 산업은 변화에 저항하고 있다고 Masic은 말합니다. 우선, 잘 알려진 기계적 특성을 가진 입증된 혼합물에 새로운 화학을 도입하는 것에 대한 우려가 있습니다. 그러나 “업계의 주요 병목 현상은 비용입니다.”라고 그는 말합니다. 콘크리트는 저렴하고 회사는 경쟁에서 벗어나고 싶어하지 않습니다.
연구원들은 시간의 시험을 견디고 제조에 추가 비용이 거의 들지 않는 이 기술을 다시 도입하면 이러한 두 가지 우려에 답할 수 있기를 희망합니다. 사실, 그들은 그것에 의존하고 있습니다. Masic과 그의 동료 몇 명은 현재 로마에서 영감을 받은 열간 콘크리트를 상업적으로 생산하기 시작하기 위한 종잣돈을 찾고 있는 DMAT라고 하는 스타트업을 만들었습니다. “수천 년 된 자료라는 이유만으로 매우 매력적입니다.”