Antik Roma yapılarında kullanılan betonların bir bölümü, yaklaşık iki bin yıl sonra bile varlığını sürdürüyor. Köprüler, liman yapıları, su kemerleri ve büyük kubbelerde kullanılan bu malzeme genellikle opus caementicium olarak adlandırılıyor.
Roma betonlarında kireç, su, taş veya tuğla parçaları gibi agregaların yanı sıra volkanik malzemeler de kullanılabiliyordu. Özellikle Napoli Körfezi çevresindeki volkanik kül ve tüflerin kireçle birlikte kullanılması, suyla temas ettiğinde bağlayıcı mineral fazların oluşmasına olanak sağlıyordu.
Son yıllarda gerçekleştirilen malzeme bilimi araştırmaları, Roma betonunun uzun süre dayanabilmesinde yalnızca volkanik malzemelerin değil, kullanılan kirecin hazırlanma ve karıştırılma biçiminin de rol oynamış olabileceğini gösteriyor.
Görsel: Anthony Majanlahti / Wikimedia Commons — CC BY 2.0
“Pozzolana” adı, Napoli yakınlarındaki Pozzuoli bölgesinden geliyor. Antik kaynaklarda da bu bölgede bulunan volkanik malzemelerin harç ve beton üretiminde kullanıldığı belirtiliyor.
Pozzolanik malzemeler silisyum ve alüminyum bakımından reaktif bileşenler içerebilir. Bu malzemeler kireç ve suyla reaksiyona girdiğinde kalsiyum-silikat-hidrat (C-S-H), kalsiyum-alüminat-hidrat ve kalsiyum-alüminyum-silikat-hidrat (C-A-S-H) gibi bağlayıcı fazlar oluşabilir.
Roma dönemine ait bazı betonlarda ayrıca Al-tobermorit ve phillipsit gibi mineral fazlar da tespit edilmiştir.
2017 yılında American Mineralogist dergisinde yayımlanan bir araştırmada Roma dönemine ait deniz betonları incelendi. Araştırmacılar deniz suyunun beton içerisindeki volkanik bileşenlerle uzun süre devam eden kimyasal reaksiyonlara katıldığını ve zaman içinde Al-tobermorit ile phillipsit gibi yeni mineral oluşumlarının gerçekleşebildiğini gösterdi.
Bu bulgular, bazı Roma betonlarının uzun süreli dayanıklılığında beton içerisinde yıllar boyunca devam eden mineral reaksiyonlarının rol oynayabileceğini ortaya koyuyor.
Roma betonu üzerine yapılan araştırmalarda dikkat çeken yapılardan biri, beton içinde görülen milimetre ölçeğindeki açık renkli kireç parçacıklarıdır. Bunlar bilimsel literatürde “lime clasts” olarak adlandırılıyor.
Uzun süre bu parçacıkların yeterince iyi karıştırılmamış harcın sonucu olduğu düşünülmüştü.
Ancak 2023 yılında Science Advances dergisinde yayımlanan bir çalışma farklı bir olasılık ortaya koydu.
MIT araştırmacılarının öncülüğünde yürütülen ve Harvard Üniversitesi Wyss Institute'tan bir araştırmacının da yer aldığı ekip, antik Roma betonlarındaki kireç parçacıklarını kimyasal ve mineralojik yöntemlerle inceledi.
Araştırma sonuçları, bazı Roma betonlarının üretiminde tamamen söndürülmüş kireç kullanmak yerine sönmemiş kirecin, yani kalsiyum oksidin, doğrudan diğer bileşenlerle karıştırılmış olabileceğine ilişkin kanıtlar ortaya koydu.
Sönmemiş kirecin suyla tepkimesi ekzotermiktir. Bu nedenle karışım sırasında önemli miktarda ısı açığa çıkar. Araştırmacılar bu üretim biçimini “hot mixing”, yani sıcak karıştırma olarak tanımladı.
Araştırmaya göre yüksek sıcaklık, betonun mikro yapısını etkileyerek kalsiyum açısından zengin kireç parçacıklarının malzeme içinde korunmasına katkıda bulunmuş olabilir.
2023 çalışmasının en dikkat çekici sonuçlarından biri, kireç parçacıklarının betonun çatlakları doldurma kapasitesinde rol oynayabileceğine ilişkin bulgulardır.
Araştırmacıların önerdiği mekanizmaya göre betonda bir çatlak oluştuğunda ve su bu çatlağa girdiğinde, kalsiyum bakımından zengin kireç parçacıkları suyla etkileşime girebilir.
Bu etkileşim sonucunda kalsiyum içeren bileşikler çatlak boyunca taşınabilir. Ardından kalsiyum karbonat gibi minerallerin çökelmesi veya yeni pozzolanik reaksiyonların gerçekleşmesi çatlak boşluğunun kısmen ya da tamamen dolmasına katkıda bulunabilir.
Araştırmacılar bu mekanizmayı sınamak amacıyla Roma betonundan esinlenen modern harç örnekleri de hazırladı.
Kireç parçacıkları içeren örneklerde oluşturulan çatlaklardan su geçirildiğinde, belirli bir süre sonra çatlakların mineral birikimleriyle dolduğu ve su akışının durduğu gözlendi. Aynı özellikte kireç parçacıkları bulunmayan kontrol örneklerinde ise bu sonuç görülmedi.
Bu deneyler, kireç parçacıklarının çatlakların kendiliğinden dolmasına katkıda bulunabilecek bir mekanizma oluşturabileceğini gösteriyor.
Ancak bu sonuç, bütün Roma betonlarının aynı bileşim veya aynı onarım kapasitesine sahip olduğu anlamına gelmiyor. Roma betonlarının bileşimi kullanılan malzemelere, yapının bulunduğu bölgeye ve inşa yöntemine göre değişebiliyordu.
Roma'daki Pantheon, Roma beton teknolojisinin en bilinen örneklerinden biridir.
MS 2. yüzyılda inşa edilen Pantheon'un kubbesi yaklaşık 43 metre çapındadır ve günümüzde hâlâ dünyanın en büyük donatısız beton kubbesi olarak kabul edilmektedir.
Yapının dayanıklılığında yalnızca betonun kimyasal bileşimi değil, mühendislik tasarımı da önemlidir. Kubbenin kalınlığı yukarı doğru azalır ve yapının üst bölümlerinde daha hafif agregalar kullanılmıştır. Bu yöntem kubbenin toplam ağırlığını azaltmıştır.
Bununla birlikte 2023 yılında yayımlanan sıcak karıştırma ve kendiliğinden çatlak doldurma araştırmasının Pantheon'dan alınmış beton örnekleri üzerinde yapılmadığını belirtmek gerekir.
Bu nedenle Pantheon'un günümüze ulaşmasını doğrudan söz konusu kendiliğinden onarım mekanizmasına bağlamak için yeterli bilimsel veri bulunmamaktadır.
Roma betonunun uzun kullanım ömrü, modern yapı malzemelerinin çevresel etkilerini azaltmaya yönelik araştırmalarda da dikkat çekiyor.
Modern Portland çimentosunun üretiminde kullanılan hammaddeler klinker oluşturmak için yaklaşık 1450 °C'ye kadar ısıtılır. Kireç üretiminde ise kireç taşının kalsinasyonu yaklaşık 900 °C civarında gerçekleştirilebilir.
Ancak yalnızca üretim sıcaklığının daha düşük olması, Roma tipi betonların otomatik olarak daha düşük çevresel etkiye sahip olduğu anlamına gelmez.
2025 yılında iScience dergisinde yayımlanan bir yaşam döngüsü değerlendirmesinde farklı Roma harcı ve beton formüllerinin modern üretim teknolojileriyle üretilmesi durumunda ortaya çıkabilecek çevresel etkiler modellendi.
Araştırmada sera gazı emisyonları, enerji kullanımı, hava kirleticileri, partikül madde ve su tüketimi gibi çeşitli göstergeler değerlendirildi.
Sonuçlar, Roma betonundan esinlenen formüllerin günümüz üretim teknolojileriyle kullanılmasının tek başına sera gazı emisyonlarında veya enerji tüketiminde büyük bir düşüş sağlayacağının söylenemeyeceğini gösterdi.
Çevresel sonuçların kullanılan kireç ve pozzolana oranına, yakıt türüne, üretim teknolojisine ve enerji kaynağına göre önemli ölçüde değiştiği belirlendi.
Araştırmacılar, özellikle düşük karbonlu yakıtların ve elektrikli kalsinasyon teknolojilerinin kullanıldığı bazı senaryolarda azot oksit ve kükürt oksit emisyonlarında önemli azalmalar hesapladı.
Çalışmada belirli üretim senaryolarında bu kirleticiler için modern referans sistemlere göre yaklaşık yüzde 11 ile yüzde 98 arasında değişen azalmalar hesaplandı. Ancak bu değerler bütün Roma betonu formülleri için geçerli sabit oranlar değildir.
Araştırmanın öne çıkardığı diğer önemli unsur ise kullanım ömrüdür. Daha uzun ömürlü yapı malzemeleri, bir yapının kullanım süresi boyunca gerekli yenileme ve yeniden yapım miktarını azaltarak toplam çevresel etkinin düşürülmesine katkıda bulunabilir.
Bu nedenle araştırmacılar Roma betonunu modern betonun doğrudan bir alternatifi olarak değil, daha dayanıklı ve düşük çevresel etkili yeni bağlayıcı sistemlerin geliştirilmesinde incelenebilecek bir tarihsel malzeme sistemi olarak değerlendiriyor.
Sonuç
Antik Roma betonları üzerine gerçekleştirilen çalışmalar, bu malzemelerin uzun süreli dayanıklılığının tek bir nedene bağlı olmadığını gösteriyor.
Volkanik pozzolanların kireçle gerçekleştirdiği reaksiyonlar, zaman içinde oluşan mineral fazlar, bazı betonlarda kullanılan sıcak karıştırma yöntemi ve kalsiyum açısından zengin kireç parçacıklarının çatlak doldurma mekanizmaları bu dayanıklılığa katkıda bulunabilecek süreçler arasında yer alıyor.
Günümüzde araştırmacılar, bu mekanizmaların modern beton ve bağlayıcı malzemelerde nasıl uygulanabileceğini inceliyor. Ancak Roma betonlarının çevresel ve mekanik özelliklerinin modern betonlarla karşılaştırılmasında kullanılan malzemeler, üretim yöntemleri, yapısal tasarım ve kullanım koşullarındaki farklılıkların dikkate alınması gerekiyor.
1. Seymour, L. M., Maragh, J., Sabatini, P., Di Tommaso, M., Weaver, J. C., & Masic, A. (2023). Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete. Science Advances, 9(1), eadd1602.
https://doi.org/10.1126/sciadv.add1602
2. Jackson, M. D., Mulcahy, S. R., Chen, H., Li, Y., Li, Q., Cappelletti, P., & Wenk, H. R. (2017). Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete. American Mineralogist, 102(7), 1435–1450.
https://doi.org/10.2138/am-2017-5993
3. Martinez, D. M., Miller, S. A., & Monteiro, P. J. M. (2025). How sustainable was ancient Roman concrete? iScience, 28(8), 113052.
https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113052
4. Palomo, A., Monteiro, P. J. M., Martauz, P., Bilek, V., & Fernández-Jiménez, A. (2019). Hybrid binders: A journey from the past to a sustainable future (opus caementicium futurum). Cement and Concrete Research, 124, 105829.
https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105829
5. Allard, C. (2023). Self-healing Roman concrete. Nature Reviews Materials, 8, 80.
https://doi.org/10.1038/s41578-023-00539-z
6. Vitruvius. De Architectura / On Architecture, Book II, Chapter 6.
https://penelope.uchicago.edu/Thayer/E/Roman/Texts/Vitruvius/2*.html
7. Brandon, C. J., Hohlfelder, R. L., Jackson, M. D., & Oleson, J. P. (2014). Building for Eternity: The History and Technology of Roman Concrete Engineering in the Sea. Oxbow Books.
https://www.oxbowbooks.com/9781782974208/building-for-eternity/
