مقبره این اشراف‌زاده رومی، اسرار جدیدی از بتن بسیار مقاوم باستانی آشکار کرد

رم شهری با قدمت چند هزارساله و آثار باستانی متعدد است. اما مقبره این اشراف‌زاده رومی حالا پرده از اسرار نوعی بتن باستانی خاص برداشته است.

در میان پرشمار مکان‌های توریستی پرطرفدار در رم، مقبره این اشراف‌زاده رومی با قدمت 2000 سال که در امتداد Via Appia قرار دارد معروف است. گویا این اشراف زاده،‌ زنی به نام کاسیلیا متلا بوده که در قرن اول پس از میلاد می‌زیسته است.

از معروف‌ترین چهره‌هایی که در مواجهه با این بنا لب به تحسین گشود، لرد بایرون بود که در شعر حماسی خود با نام سفر زیارتی چایلد هارولد به آن اشاره کرد. اما اخیرا دانشمندان نمونه‌هایی از بتن باستانی به کار رفته در ساخت مقبره این اشراف‌زاده رومی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و یافته‌های خود را در مقاله‌ای که در اکتبر 2021 در انجمن سرامیک آمریکا منتشر شد، شرح داده‌اند.

تفاوت بتن باستانی روم با بتن مدرن چیست؟

ماری جکسون، ژئوفیزیکدان از دانشگاه یوتا و از جمله نویسندگان مقاله درباره بنای مقبره گفته:

ساخت چنین مقبره عظیم و نوآورانه‌ای در Via Appia Antica بیانگر احترام زیادی است که کاسیلیا متلا از آن برخوردار بوده است.

او می‌افزاید:

بافت بتن مقبره این اشراف‌زاده رومی بعد از 2050 سال هنوز محکم و دست‌نخورده است.

بتن روم باستان تقریبا مشابه با سیمان پرتلند امروزی (عنصر اساسی بتن مدرن) اساسا ترکیبی از ملاط نیمه مایع و سنگدانه‌ها بود. سیمان پرتلند را با حرارت دادن سنگ آهک و خاک رس (و همچنین ماسه، خاکستر و آهن) در کوره می‌سازند. سپس آجر لعابی نهایی را آسیاب می‌کنند تا به ریزترین شکل ممکن پودر شود. سنگدانه مورد استفاده در تهیه بتن رومی هم معمولا از قطعات سنگ و یا آجر بود.

ویتوروویوس (Vitruvius) معمار و مهندس رومی در رساله خود با نام  de Architectura در حدود سال 30 پس از میلاد، درباره نحوه ساخت دیوارهای بتنی برای مقابر که بتوانند برای طولانی مدت بدون فرسودگی دوام بیاورند، اطلاعاتی ارائه داده است. او توصیه کرده که دیوار‌ها حداقل 2 فوت ضخامت داشته باشند و از سنگ قرمز مربعی، آجر و یا گدازه فشرده (توف) ساخته شوند. همچنین ملاط اتصال این قطعات، باید متشکل از آهک هیدراته، قطعات شیشه و بلورهای حاصل از فوران آتشفشانی باشد.

ویژگی‌های بتن روم باستان چیست؟

ماری جکسون سال‌ها است که به مطالعه و بررسی ویژگی‌های غیرعادی بتن روم باستان مشغول است. برای مثال، او و چند تن از همکارانش ملاط به کار رفته در بتن مقبره این اشراف‌زاده رومی را تحلیل کرده‌اند. این بتن در ساخت بازارهای تراژان که بین سالیان 100 تا 110 پس از میلاد ساخته شده هم به کار رفته است.

به طور خاص تمرکز جکسون و همکارانش بر ملاط به کار رفته برای اتصال قطعات سنگی و آجری بوده است که ترکیبی از کلسیم،‌ آلومینیوم، سیلیکات، هیدارت (C-A-S-H)؛ تقویت شده با کریستال‌های استراتلینگیت است. طی این بررسی آن‌ها متوجه شدند که کریستال‌های استراتلینگیت مانع از تشکیل و گسترش ترک‌های ریز در ملاط می‌شوند که می‌تواند منجر به خرابی‌های بزرگ شود.

جکسون در سال 2017 مقاله‌ای نوشت که در آن یافته‌های خود از بررسی بتن تشکیل‌دهنده ویرانه‌های دیوارهای دریایی را در امتداد سواحل مدیترانه ارائه داده بود. دیوارهایی که در چنین محیط سختی نزدیک به دو هزار سال دوام آورده‌اند و حتی در حال حاضر محکم‌تر از قبل به نظر می‌رسند،‌ این در حالی است که به نظر می‌رسد امواج مداوم آب دریا به سادگی بتن مدرن را از بین ببرد.

جکسون و همکارانش دریافتند که راز این طول عمر و استحکام، استفاده از ترکیب خاصی شامل کریستال‌های کمیاب و یک ماده معدنی خاص است. ترکیب مورد بحث در مجاورت آب دریا، منجر به نوعی واکنش شیمایی در داخل بتن می‌شود که طی آن از فیلیپسیت موجود در ساختار دیوار، کریستال‌های آلومینیوم توبرموریت تشکیل می‌شود. این بلورها به سنگ‌‌ها می‌چسبند و مانع از بروز شکاف و ترک در ساختار دیوار می‌شوند.

در نتیجه این پژوهش بود که جکسون مجذوب مقبره این اشراف‌زاده رومی (کاسیلیا متلا) شد که یکی از بهترین بناهای تاریخی برجای مانده در امتداد جاده آپیا است. جکسون اولین بار در ژوئن 2006 از مقبره دیدن کرد و از ملاط به کار رفته در بنا برای تجزیه و تحلیل بعدی نمونه برداری کرد.

کاسیلیا متلا کیست؟

اطلاعات زیادی درباره خانم کاسیلیا متلا وجود ندارد. اما ظاهرا این نجیب‌زاده دختر کنسول روم، کوئینتوس کاسیلیوس متلوس کرتیکوس بوده است. او با مارکوس لیسینیوس کراسوس ازدواج کرد و به نظر می‌رسد که پسرش (که نام پدر را داشت)،‌ دستور ساخت مقبره او را داده باشد. مقبره این اشراف‌زاده رومی بین سالیان 30 تا 10 قبل از میلاد ساخته شده است.

همچنین به نظر می‌رسد که تابوت مرمرینی که در Palazzo Farnese قرار دارد هم مربوط به مقبره این اشراف‌زاده رومی باشد. اما یحتمل این تابوت متعلق به کاسیلیا متلا نبوده است چراکه بنابر تخمین مورخان بین سالیان 180 تا 190 بعد از میلاد ساخته شده است. به علاوه که در زمان مرگ بانو متلا، سوزاندن مردگان رسم رایج‌تری نسبت به دفن بوده است. بر همین اساس مورخان معتقدند که این مقبره به جای تابوت احتمالا یک کوزه خاکستر داشته است.

ویژگی‌های مقبره این اشراف‌زاده رومی چیست؟

اما آنچه بیش از هرچیز توجه جکسون و همکارانش را جلب کرده،‌ ساختار مقبره این اشراف‌زاده رومی است. مقبره بر بالای یک تپه واقع شده است. این سازه باستانی، شکلی مدور و استوانه‌ای بر پایه‌ای مربع‌شکل دارد و در پشت آن قلعه‌ای ساخته شده که احتمالا مربوط به قرن چهاردهم میلادی است. در نمای بیرونی ساختمان، کتیبه‌ای با متن «کاسیلیا متلا دختر کوئینتوس کرتیکوس و همسر کراسوس» به چشم می‌خورد.

شالوده بنا بر سنگ توف آتشفشانی (متشکل از خاکستر آتشفشان که تحت فشار ساخته شده است) و سنگ گدازه‌ ساخته شده است. سکو و بنا هردو از چند لایه بتن ضخیم ساخته شده‌ و با بلوک‌های عظیم تراورتن احاطه شده است. ضخامت دیوارهای برج 24 فوت است.

برای بررسی دقیق‌تر ملاط به کار فته در مقبره، جکسون با تیمی متشکل از لیندا سیمور، ادمیر ماسیچ و لارنس برکلی از آزمایشگاه نوبومیچی تامورا همکاری کرد. آزمایشگاه تامورا نمونه‌ها را در منبع  نور پیشرفته (Advanced Light Source) تجزیه و تحلیل کرد و نتیجه آن مشخص شدن کانی‌های مختلف موجود در ملاط بود. همچنین تیم تحقیقاتی نمونه‌ها را با میکروسکوپ الکترونی هم بررسی کردند.

آن‌ها متوجه شدند که نوع ملاط به کار رفته در مقبره این اشراف‌زاده رومی مشابه با ملاط دیوارهای بازار تراژان است. تکه‌های بزرگ آجر و سنگ‌های آتشفشانی در اینجا هم با ملاطی متشکل از سنگ‌های آذرآواری و پوزولان به هم متصل شده است. با این وجود ملاط به کار رفته در مقبره حاوی مقادیر زیادی لوسیت غنی از پتاسیم است. در جریان سال‌های طولانی عمر سازه،‌ باران و جریان آب‌های زیرزمینی در تماس با دیوارهای مقبره این اشراف‌زاده رومی منجر به تجزیه لوسیت و ازاد شدن پتاسیم شده است.

در حالی که در بتن مدرن این فرایند می‌تواند به سادگی بنا را تخریب کند. اما برای مقبره اشراف زاده رومی این اتفاق رخ نداده است. اما چرا؟ جکسون و همکارانش طی تحقیق خود ثابت کردند که پتاسیم موجود در بنا طی تماس با آب به مرور حل شده و به طرز موثری فاز اتصال C-A-S-H (کلسیم/آلومینیوم/سیلیکات/هیدارت) را مجددا سامان می‌دهد. برخی قسمت‌های بنا البته بعد از 2000 سال هنوز دست نخورده به نظر می‌رسند، حال آنکه در بخش‌هایی دیگر نشانه‌هایی از فرسودگی بروز پیدا کرده است. ادمیر ماسیچ در این باره می‌گوید:

گویا سطح بتن مقبره این اشراف‌زاده رومی طی این فرایند، دائما در حال بازسازی و تغییر است. این فرایند بازسازی، منجر به تقویت نواحی سطحی شده و به طور بالقوه، عملکرد مکانیکی و مقاومت بتن باستانی را در برابر تخریب بهبود می‌بخشد.

آشنایی با بتن باستانی روم چه فایده‌ای دارد؟

هرچه که دانشمندان درباره ترکیب دقیق مواد معدنی و ترکیبات به کار رفته در بتن رومی بیشتر بیاموزند، امکان بازتولید این ویژگی‌ها در بتن امروزی بهتر فراهم می‌شود. برای مثال ممکن است بتوان برای سنگ‌ آتشفشانی بسیار کمیاب به کار رفته در بتن رومی، جایگزین مناسبی برای استفاده در بتن امروزی یافت. موضوعی که به استحکام بتن در طولانی مدت و طول عمر سازه به طور موثری کمک می‌کند. ماسیچ در این باره می‌گوید:

تمرکز بر طراحی بتن مدرن با سطح دائما تقویت‌شونده، راهکار مناسبی برای بهبود دوام مصالح ساختمانی است.