자가 치유 고대 로마 콘크리트 제조 원료 발견
by Ray Laurence, The Conversation
로마 콘크리트는 정말 놀라운 재료다.
오늘날 우리가 로마 건축에 대해 많은 것을 알 수 있는 주요 이유 중 하나이기도 하다.
로마인들이 지은 수많은 건축물이 그들의 독창적인 콘크리트와 건축 기술 덕분에 다양한 형태로 오늘날까지 남아 있다.
하지만 로마인들이 어떻게 그렇게 강한 콘크리트를 만들고, 그토록 인상적인 건물, 주택, 공중목욕탕, 다리, 도로를 건설했는지에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다.
학자들은 오랫동안 로마 건설 현장에서 더 많은 물리적 증거를 찾아 단서를 얻기를 간절히 바랐다.
최근 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 주도하고 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 새로운 연구는 로마의 콘크리트와 건축 기술에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
이는 서기 79년 베수비오 화산 폭발로 노동자들이 버리고 간 폼페이 유적의 미완성된 방들에서 발굴된 유물 덕분이다.
콘크리트 제조에 대한 새로운 단서
이 특정 건축 현장의 발견은 작년 초 뉴스에 크게 보도되었다.
건축가들은 서기 1세기 베수비오 화산 폭발 당시 도시 한복판에서 집을 수리하고 있었다.
이 특별한 발견에는 재활용을 위해 분류된 기와와 건축 자재 운반에 재사용된 것으로 알려진 암포라amphorae (와인 용기)가 포함되어 있었다.
무엇보다 중요한 것은 콘크리트를 만들기 위해 혼합하기 전에 건조 재료를 미리 준비했다는 증거가 발견되었다는 점이다.
바로 이 건조 재료가 이번 연구 핵심이다.
혼합 전 실제 재료를 접할 수 있게 됨으로써 콘크리트 제조 과정과 물이 첨가되었을 때 재료가 어떻게 반응했는지 이해할 수 있는 특별한 기회가 생겼다.
이 발견은 로마의 콘크리트 제조에 대한 우리의 이해를 새롭게 바꿔놓았다.
자가 치유 콘크리트
이 새로운 논문 연구진은 유적에서 발견된 물질의 화학적 조성을 분석하여 몇 가지 핵심 요소를 밝혀냈다.
그중 하나는 콘크리트 제조 방식에 대한 우리의 이해를 바꿔놓을 만큼 미세한 생석회quicklime 조각이다.
생석회는 고순도 석회석high-purity limestone (탄산칼슘calcium carbonate)을 가열하여 만드는 산화칼슘calcium oxide이다.
이 연구 저자들은 콘크리트 혼합 과정이 이 집의 아트리움atrium에서 이루어졌다고 설명한다.
작업자들은 건조된 석회dry lime (분쇄된 석회ground up lime)와 포졸란pozzolana (화산재volcanic ash)을 섞었다.
물을 첨가하면 화학 반응으로 열이 발생한다.
즉, 발열 반응exothermic reaction이다.
이것은 "핫믹싱hot-mixing" a"이라고 알려져 있으며, 자재 가게에서 파는 콘크리트와는 전혀 다른 종류의 콘크리트를 만들어낸다.
생석회에 물을 넣으면 열이 발생하면서 소석회라slaked lime는 물질이 생성된다.
연구진은 소석회 내에서 생석회의 반응성을 그대로 간직한 미세한 "석회 조각lime clasts"을 발견했다.
이 콘크리트에 균열이 생기면, 이 석회 조각이 물과 반응하여 균열을 메운다.
즉, 이러한 형태의 로마식 콘크리트는 말 그대로 스스로 치유할 수 있는 능력을 지녔다.
고대와 현대의 기술
하지만 이 방법이 고대 로마에서 얼마나 널리 사용되었는지는 정확히 알기 어렵다.
로마식 콘크리트에 대한 우리의 이해는 대부분 고대 로마 건축가 비트루비우스Vitruvius의 저술에 기반한다.
그는 석회와 혼합한 포졸란을 사용할 것을 권장했지만, 이 글이 열혼합 콘크리트를 가리키는 것은 아니라고 여겨졌다.
그러나 또 다른 로마 작가인 大플리니우스Pliny the Elder 저서를 살펴보면, 열혼합 콘크리트의 발열 반응의 기초가 되는 생석회와 물의 반응에 대한 명확한 기록을 찾을 수 있다.
고대인들은 뜨거운 재료를 섞는 방법을 알고 있었지만, 그 기술이 얼마나 널리 퍼져 있었는지에 대해서는 알려진 바가 적다.
어쩌면 더 중요한 것은 폼페이 건축가들이 사용한 배합에 이르기까지 모래, 포졸란, 석회를 다양한 비율로 혼합하여 실험한 내용이 문헌에 자세히 기록되어 있다는 점일 것이다.
MIT 연구팀은 앞서 폼페이에서 북쪽으로 약 43km 떨어진 프리베르눔Privernum 로마 유적에서 석회 파편(생석회 조각)을 발견한 바 있다.
또한 로마 외곽 아피아 가도Via Appia (유명한 로마 도로)에 위치한 귀족 여성 카에킬리아 메텔라Caecilia Metella의 무덤 콘크리트에서 균열이 스스로 치유된 흔적이 관찰된 점도 주목할 만하다.
이번 폼페이 연구를 통해 고온 혼합 공법이 로마 콘크리트의 품질 향상에 어떻게 기여했는지 밝혀짐에 따라, 학자들은 앞으로 이러한 방식으로 콘크리트 균열이 치유된 사례를 찾아볼 수 있을 것이다.
하지만 여전히 의문점들이 남는다
전반적으로 이번 연구는 매우 흥미롭지만, 모든 로마 건축물이 높은 수준으로 지어졌다고 단정해서는 안 된다.
고대 로마인들은 뛰어난 콘크리트 모르타르를 만들 수 있었지만, 大플리니우스가 지적했듯이 로마 건물 붕괴의 원인은 부실한 모르타르 때문이었다.
즉, 좋은 모르타르를 만들 수 있었다고 해서 항상 좋은 모르타르를 만들었다는 것은 아니다.
물론 여전히 의문점들이 남아 있다.
이번 연구에서 제시된 서기 79년 폼페이의 단일 사례만을 바탕으로 모든 형태의 로마 콘크리트를 일반화할 수 있을까?
이 연구 결과가 그보다 앞서 활동한 비트루비우스의 이론에서 발전된 모습을 보여주는 것일까?
서기 79년 폼페이의 한 가옥에서 더 강한 콘크리트를 만들기 위해 생석회를 사용한 것은 그 지역의 잦은 지진과 미래에 발생할 균열에 대한 예상에 대한 대응이었을까?
이러한 질문들에 답하기 위해서는 로마 콘크리트에서 석회 파편이 얼마나 흔하게 나타나는지, 그리고 로마 콘크리트가 어떻게 스스로 치유되었는지에 대한 추가 연구가 필요하다.
Journal information: Nature Communications
Provided by The Conversation
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