Japonya’da eski bir nükleer enerji santralinin kalın beton duvarlarında, Roma deniz duvarlarının da 2000 yıldan daha uzun süredir ayakta kalmasını sağlayan nadir bir mineral bulundu. Araştırmacıların eski bir nükleer tesiste yaptığı denemelerde, bu ünite duvarlarının zamanla daha da güçlendiği keşfedildi.
Çoğumuz modern malzemelerin, eskilerine kıyasla çok daha iyi olduğunu düşünürüz fakat bu her zaman doğru olmayabilir. Genelde deniz suyunda bekleyen, Portland çimentosundan yapılan yapıları oluşturan elementler bir süre sonra zamana yenik düşer. Fakat İtalya’daki Roma deniz duvarları 2000 yıl sonrasında bile, güçlü bir şekilde ayakta duruyor.
Yapılan çalışmalar sayesinde bu inşaat harikasının arkasında yatan mekanizma aydınlatıldı. Orijinal karışım volkanik kül içeriyor ve tuzlu su külü çözdüğünde, alümina(alüminyum oksit) tobermorit denilen minerali yapmaya başlıyor. Bu kristaller betonu, ilk üretildiği zamandan daha da dayanıklı hale getiriyor.
Çimentoya alümina tobermorit eklemek mükemmel bir çözüm gibi gelebilir ama göründüğü gibi kolay değil. Çünkü laboratuvarda bu kristalleri oluşturmak için 70 °C’in üstünde bir sıcaklık gerekiyor. İşte bu betonu zayıflatan bir unsur.
Öyle görünüyor ki, Roma deniz duvarlarında bu mineral daha düşük sıcaklıklarda bu minerali üreterek, betonu güçlendiriyor. Araştırmacılar Roma duvarlarında gerçekleşen prosesin, nükleer reaktör duvarlarında da oluştuğunu keşfetti.
Yeni çalışmada, araştırmacılar Omaezaki ‘deki Hamaoka Nükleer Santrali 1. Ünitesi’nden numuneler aldı. Bu ünite 1976 ile 2009 yılları arasında 16,5 yıl boyunca tam güçte çalıştı ve duvarları 40 ila 55 °C arası sıcaklığa maruz kaldı.
Tabi ki numunelerde alümina tobermorit tespit edildi. Ekip, bu mineralin duvarların ilk yapıldığı zamandan 3 kat daha güçlü hale getirdiğini hesapladı.
“Roma betonuna benzer biçimde çimentonun hidratlaştığını(su ile reaksiyona girme) ve kaya oluşturan minerallerin reaksiyona girdiğini gözlemledik. İşte bu nükleer reaktör duvarlarını önemli ölçüde güçlendirdi,” diyor araştırmanın yazarı Ippei Maruyama.
Daha yakından inceleme yapan araştırmacılar, duvarların nemi hapsettiğini ve betondaki portlandit gibi minerallerin reaksiyona girdiğini keşfetti. Böylece duvardaki bazik içerik arttı ve ortamda daha fazla silisyum ve alüminyum iyonu oldu. Tüm bu olaylar alümina tobermorit oluşumuna yardım etti.
Araştırmacılar bu sayede daha güçlü ve uzun ömürlü ve de daha çevreci çimento tarifleri geliştirilebileceğini düşünüyor.
Maruyama, “Betona dair bilgimiz, laboratuvarda yapılan kısa süreli deneylere dayanmaktadır. Ancak gerçek beton yapıları bize uzun vadeli kullanım için daha fazla fikir veriyor, “ diyor.
Çimento üretimi nedeniyle ortaya çıkan karbondioksitin, tüm Dünya’daki karbondioksit oluşumunun %10’undan sorumlu olduğu düşünülüyor.
Kaynak : Nagoya University
Araştırma Referansı:
Ippei Maruyama, Jiří Rymeš, Abudushalamu Aili, Shohei Sawada, Osamu Kontani, Shinya Ueda, Ryu Shimamoto. Long-term use of modern Portland cement concrete: The impact of Al-tobermorite formation. Materials & Design, 2021; 198: 109297 DOI: 10.1016/j.matdes.2020.109297
