Како је древни римски бетон издржао више од 20 векова
Мајстори Старог Рима су били пионири у области градитељства и инжењеринга, а њихово наслеђе и данас фасцинира. Међу најимпресивнијим заоставштинама тог доба су, без сумње, аквадукти – импресивни водоводни системи који су снабдевали градове водом кроз километрима дуге мостове и тунеле. Тајна њихове дуготрајности, као и изузетне отпорности многих других римски грађевина, лежи у материјалу који су користили – пуцоланском бетону.
Овај бетон није издржао само време, већ је сачувао своје карактеристике и у окружењима која су подложна сталним променама и изазовима, као што су вода и со, што говори о мудрости и иновативности римских мајстора.
Овај изузетно издржљи мареријал био је кључ за изградњу неких од најтрајнијих грађевинских чуда у историји.
Неки од аквадукта су и данас функционални, а римски бетон је преживео више од 20 векова, захваљујући свом јединственом саставу и техници производње која је омогућила изузетну отпорност на влагу, промене температуре и физичко хабање.
Чак и данас, једна од староримских грађевина – Пантеон, који је и даље нетакнут и готово 2.000 година стар – држи рекорд за највећу куполу на свету од бетона без арматуре, преноси портал Сајенс Алерт.
Пуцолан
Својства овог бетона обично се приписују његовим састојцима: пуцолану, који је мешавина вулканског пепела, назван по италијанском граду Поцуоли, где се налази значајан депозит – и кречу. Када се помешају са водом, ова два материјала реагују и стварају снажан бетон.
Испоставило се, међутим, да то није цела прича. Године 2023, међународни тим истраживача предвођен научницима са Института за технологију из Масачусетса (МИТ) открио је да не само да су материјали нешто другачији од онога што смо се до тада мислило, већ и да су технике које су коришћене за њихово мешање биле различите од данашњих.
Комадићи креча
У бетону староримских грађевина уочени су мали бели комадићи креча, који се иначе чини да је добро помешан. Присуство ових квржица претходно је приписивано лошем мешању или лошим материјалима, али то није имало смисла за Адмира Машића, професора за материјале са МИТ-а.
„Увек ми је сметала идеја да се појава ових комадића креча једноставно приписује лошој контроли квалитета”, рекао је Машић у јануару 2023.
„Ако су Римљани уложили толико труда у стварање изузетног грађевинског материјала, пратећи све детаљне рецепте који су оптимизовани током многих векова, зашто би уложили тако мало труда у добро мешање коначног производа? Мора да постоји још нешто више у овој причи”.
Машић и његов тим, предвођен инжењерком грађевине МИТ-а Линдом Сејмур, пажљиво су проучавали узорке римског бетона старог 2.000 година са археолошког налазишта Привернум у Италији.
Ови узорци су подвргнути великим анализама скенером са електронском микроскопијом, енергетској дисперзивној рендгенској спектроскопији, дифракцији рендгенских зрака на праху и конфокалном Рамановом снимању, како би стекли боље разумевање порекла тих квржица креча, пише Сајенс Алерт.
Креч и „вруће мешање”
Једно од главних питања било је какав је то био креч који су користили. Стандардно схватање пуцоланског бетона је да се користи гашени креч.
Прво се камен у кречњаку загрева на високим температурама да би се произвео високо реактиван каустични прах који се назива „живи” креч или калцијум-оксид.
Мешањем овог живог креча са водом ,производи гашени креч или калцијум-хидроксид, који је нешто мање реактиван и мање каустичан. Према теорији, управо је овај гашени креч Римљани мешали са пуцоланом.
На основу анализе коју је урадио тим истраживача, међутим, квржице креча у њиховим узорцима нису биле у складу са овом методом. Вероватније је да је римски бетон прављен мешањем живог креча директно са пуцоланом и водом на изузетно високим температурама, било самостално или у комбинацији са гашеним кречом, што је метода коју су научници назвали „вруће мешање”, а које доводи до настанка квржица креча.
„Предности ‘врућег мешања’ су двоструке”, рекао је Машић.
„Прво, када се укупан бетон загреје на високим температурама, то омогућава хемијске реакцоије које нису могуће ако се користи само гашени креч, стварајући компоненте повезане са високим температурама - које иначе не би настале. Друго, ова повећана температура значајно смањује време очвршћавања и стврдњавања, јер сви процеси постају убрзани, што омогућава много бржу градњу”.
Зашто је римски бетон био толико издржљив?
Метода „врућег мешања” има још једну предност: комадићи креча дају бетону изузетну способност само-лечења.
Када дође до пуцања бетона, пукотине првенствено „путују” ка квржицама креча, које имају већу површину од других честица у матриксу. Када вода уђе у пукотину, она реагује са кречом и ствара раствор богат калцијумом, који се суши и стврдњава у калцијум-карбонат, лепећи пукотину назад и спречавајући је да се даље шири.
Ово је примећено у бетону са још једног 2.000 година старог налазишта, Гробници Цецилије Метеле, где су пукотине у бетону попуњене калцитом (калцијум-карбонатом). То такође, објашњава зашто је римски бетон са морских зидова изграђених пре 2.000 година преживео нетакнут миленијумима, упркос сталном удару мора.
Тестирање
Тим научника је тестирао своја сазнања правећи пуцолански бетон према древним и савременим рецептима, користећи живи креч. Направили су, такође, контролни бетон без живог креча и обавили тестове на пукотинама.
Као што се и очекивало, пукотине у бетону са живим кречом биле су потпуно „излечене” за две недеље, док је контролни бетон остао напукнут.
Ови научници сада раде на комерцијализацији свог бетона као еколошки прихватљивијој алтернативи тренутним врстама бетона.
„Узбудљиво је размишљати о томе како би ове издржљивије формуле бетона могле да повећају не само трајност ових материјала, већ и да побољшају издржљивост бетона за 3Д штампање”, рекао је Машић.
Њихово истраживање је објављено у часопису Сајенс Адвансес.
