بتن رومی: یک راه حل ۲۰۰۰ ساله که رمز ساخت و ساز پایدار را آشکار می‌کند
بتن روم باستان توانایی استثنایی در مقاومت در برابر تغییرات محیطی دارد. این امر در تاب‌آوری ساختمان‌های رومی تا به امروز مشهود است. بسیاری از معماران و متخصصان، اجزای این بتن‌های الهام‌بخش را تقلید کرده‌اند.
با تسریع تغییرات اقلیمی و افزایش مداوم دما، نیاز به محافظت از زیرساخت‌های شهری و ساختمان‌ها در برابر شرایط آب و هوایی شدید رو به افزایش است. این امر به ویژه با توجه به اینکه بتن مدرن ممکن است به طور متوسط بیش از ۱۰۰ سال دوام نیاورد، در مقایسه با بتن رومی که بیش از ۲۰۰۰ سال دوام می‌آورد، صادق است.
در این راستا، یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی با تکیه بر یک مدل هوش مصنوعی که برای شبیه‌سازی دوام بتن روم باستان توسعه داده‌اند، طراحی مصالح ساختمانی را آغاز کرده‌اند. مدل Allegro-FM آن‌ها، توانست میلیاردها اتم را به طور همزمان شبیه‌سازی کند. این امر آن‌ها را قادر می‌سازد تا مصالح ساختمانی مانند بتن خنثی از کربن را طراحی کنند و در نتیجه انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از ساخت و ساز را کاهش دهند، پایداری و طول عمر ساختمان‌ها را افزایش دهند.
محققان مطالعه خود را در ۲۰ ژوئن ۲۰۲۵ در مجله Physical Chemistry Letters منتشر کردند.
نیاز
مصالح ساختمانی، به ویژه بتن، سهم عمده‌ای در تغییرات اقلیمی دارند. تولید بتن حدود ۸ درصد از انتشار دی‌اکسید کربن جهانی را تشکیل می‌دهد.
بنابراین، صنعت بتن و ساختمان به طور کلی از جمله بخش‌هایی هستند که به برنامه‌های کاهشی برای محدود کردن میانگین دمای جهانی به بیش از ۱.۵ درجه سانتیگراد در مقایسه با سطوح پیش از صنعتی شدن نیاز دارند.
در حالی که جهان با تغییرات اقلیمی دست و پنجه نرم می‌کند، اثرات آن در حال افزایش است و در گرمای شدید، طوفان‌ها، سیل‌ها، آتش‌سوزی‌های جنگلی و تبخیر یخچال‌های طبیعی آشکار می‌شود. از سوی دیگر، انتشار مداوم دی‌اکسید کربن در جو به گرمایش جهانی منجر می‌شود. بنابراین، نیاز فزاینده‌ای به بتنی وجود دارد که مقاومت ساختمان‌ها و خانه‌ها را در برابر ویرانی‌های این بلایا تقویت کند و این دقیقاً همان چیزی است که نویسندگان این مطالعه روی آن کار کرده‌اند.
شبیه‌سازی
بتن از مواد و عناصر پیچیده‌ای تشکیل شده است و دوام آن، آن را به طور ایده‌آلی برای فرآیندهای ساخت و ساز و ساختمان‌هایی که ممکن است در برابر بلایای طبیعی مقاومت کنند، مناسب می‌سازد. ایده اصلی محققان، بازیابی دی‌اکسید کربن منتشر شده در طول فرآیند تولید بتن و سپس بازگرداندن آن به بتن است.
اینجا جایی است که مدل Allegro-FM که توسط محققان توسعه داده شده است، وارد عمل می‌شود. این مدل می‌تواند قبل از انجام هرگونه آزمایش عملی پرهزینه، شیمی‌های مختلف بتن را به صورت مجازی آزمایش کند. این امر توسعه بتن خنثی از نظر کربن را به جای یک منبع کربن، تسریع می‌کند.
در مدل‌های قبلی، سیستم‌های شبیه‌سازی مولکولی قادر به شبیه‌سازی سیستم‌هایی متشکل از هزاران یا میلیون‌ها اتم بودند. با این حال، مدل توسعه یافته توسط محققان می‌تواند بیش از ۴ میلیارد اتم را با راندمان ۹۷.۵٪ شبیه‌سازی کند که نشان‌دهنده قدرت محاسباتی تقریباً ۱۰۰۰ برابر بیشتر از مدل‌ها و روش‌های سنتی است.
علاوه بر این، این مدل ۸۹ عنصر شیمیایی را پوشش می‌دهد و قادر به پیش‌بینی رفتار مولکولی برای کاربردهایی از شیمی سیمان گرفته تا ذخیره‌سازی کربن است.
از این طریق، محققان می‌توانند مدل‌های بتنی بادوام‌تر و سازگار با محیط‌زیست طراحی کنند. از یک طرف، آن‌ها قادر به مقاومت در برابر اثرات تغییرات اقلیمی و پیامدهای آن هستند. از سوی دیگر، فرآیند تولید آن‌ها کم انتشار است و اثرات تغییرات اقلیمی را کاهش می‌دهد.
