과학자들이 오래 지속되는 고대 구조물을 연구하다

 

전 세계의 고대 건축가들은 수천 년이 지난 오늘날에도 여전히 건재한 건축물을 만들었습니다.

예를 들어 로마의 엔지니어들은 두꺼운 콘크리트 방파제를 만들었습니다. 마야 건축가들은 신에게 바치는 조각품을 만들었고, 중국 건축가들은 침략자에 대항하는 성벽을 쌓았습니다.

하지만 최근의 많은 구조물들이 이미 실패하기 시작했습니다. 현대 사회의 대부분을 구성하는 콘크리트의 수명은 약 50~100년입니다.

점점 더 많은 과학자들이 오래 전의 재료를 연구하고 있습니다. 그들은 건물의 조각을 분해하고 역사적 텍스트를 읽으며 건물이 수천 년 동안 어떻게 서 있었는지 알아내기 위해 노력하고 있습니다.

이 연구를 통해 오래된 건물에 섞여 있던 놀라운 재료 목록이 밝혀졌습니다. 여기에는 나무 껍질, 화산재, 쌀, 맥주, 심지어 소변까지 포함됩니다. 이러한 예상치 못한 재료들은 시간이 지남에 따라 더 강해지고 균열이 생기면 "치유"할 수 있는 능력을 가지고 있을 수 있습니다.

이러한 특징을 모방하는 방법을 알아내는 것은 오늘날 실질적인 영향을 미칠 수 있습니다. 현대의 콘크리트는 매우 높은 건물과 무거운 인프라를 지탱할 수 있는 강도를 가지고 있지만, 이러한 고대 재료의 내구성을 따라갈 수는 없습니다.

기후 변화의 위협이 증가함에 따라 건설을 보다 지속 가능하게 만들어야 한다는 요구가 커지고 있습니다. 최근 유엔 보고서에 따르면 건축 환경이 전 세계 이산화탄소 배출량의 3분의 1 이상을 차지하는 것으로 추정됩니다. 시멘트 생산만 해도 이러한 배출량의 7% 이상을 차지합니다.

고대 로마의 콘크리트가 더 나은가요?

많은 연구자들이 로마인들에게 눈을 돌렸습니다. 기원전 200년경부터 로마 제국은 오랜 세월을 견뎌낸 콘크리트 구조물을 건설했습니다. 판테온부터 오늘날에도 여전히 물을 운반하는 수로에 이르기까지 다양한 콘크리트 구조물이 있습니다.

오랫동안 바닷물이 구조물에 부딪힌 곳에서도 "기본적으로 2,000년 전에 부어졌을 때의 모습 그대로"의 콘크리트를 발견할 수 있다고 존 올슨은 말합니다. 그는 캐나다 빅토리아 대학교의 고고학자입니다.

대부분의 현대 콘크리트는 석회암과 점토를 초고온으로 가열하고 분쇄하여 만든 분말인 포틀랜드 시멘트로 시작됩니다. 이 시멘트를 물과 혼합하여 페이스트를 만듭니다. 그런 다음 암석과 자갈과 같은 재료를 추가합니다.

고대 건축가들의 기록에 따르면 로마의 공정도 비슷했습니다. 고대 건축업자들은 불에 탄 석회암과 화산 모래와 같은 재료를 물과 자갈과 혼합하여 화학 반응을 일으켜 모든 것을 하나로 묶었습니다.

이제 과학자들은 일부 로마 콘크리트가 수천 년 동안 구조물을 지탱할 수 있었던 중요한 이유를 찾았다고 생각합니다. 이 고대 재료는 스스로 복구하는 특이한 힘을 가지고 있습니다. 정확한 방법은 아직 명확하지 않지만 과학자들은 그 이유를 찾기 시작했습니다.

매사추세츠 공과대학의 토목 및 환경 공학자인 아드미르 마식(Admir Masic)이 그 주인공입니다. 그는 한 연구에서 이러한 힘은 로마의 석회암 덩어리가 고르게 섞이지 않아서 나온다고 말했습니다. 연구자들은 이러한 덩어리가 로마인들이 재료를 충분히 섞지 않았다는 신호라고 생각하곤 했습니다.

하지만 과학자들은 이 덩어리들이 재료의 '자가 치유' 능력을 촉진할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 균열이 생기면 콘크리트에 물이 들어간다고 마식 교수는 설명했습니다. 이 물은 남은 석회를 활성화하여 손상된 부분을 채울 수 있는 새로운 화학 반응을 일으킵니다.

고대 로마... 고층 빌딩?

오늘날의 건축업자들이 고대의 공정을 그대로 따라할 수는 없습니다. 로마 콘크리트는 오래 지속되었지만 무거운 건물을 지탱할 수 없었습니다. "로마 콘크리트로는 현대식 마천루를 지을 수 없습니다."라고 올레슨은 말합니다. "3층에 올라가면 무너져 내릴 것입니다."

대신 연구원들은 고대 재료 중 일부를 가져와 현대적인 혼합물에 추가하려고 시도하고 있습니다. Masic은 "자가 치유" 콘크리트를 사용하여 새로운 프로젝트를 건설하려는 회사의 일부입니다.

마식은 사람들이 영향을 미치기 위해 로마인들처럼 오래 지속될 필요는 없다고 말합니다. 그는 콘크리트의 수명을 50년 또는 100년으로 늘린다면 "장기적으로 철거, 유지보수, 자재 소요가 줄어들 것"이라고 말했습니다.