Kako je drevni rimski beton izdržao više od 20 vekova
Majstori Starog Rima su bili pioniri u oblasti graditeljstva i inženjeringa, a njihovo nasleđe i danas fascinira. Među najimpresivnijim zaostavštinama tog doba su, bez sumnje, akvadukti – impresivni vodovodni sistemi koji su snabdevali gradove vodom kroz kilometrima duge mostove i tunele. Tajna njihove dugotrajnosti, kao i izuzetne otpornosti mnogih drugih rimski građevina, leži u materijalu koji su koristili – pucolanskom betonu.
Ovaj beton nije izdržao samo vreme, već je sačuvao svoje karakteristike i u okruženjima koja su podložna stalnim promenama i izazovima, kao što su voda i so, što govori o mudrosti i inovativnosti rimskih majstora.
Ovaj izuzetno izdržlji marerijal bio je ključ za izgradnju nekih od najtrajnijih građevinskih čuda u istoriji.
Neki od akvadukta su i danas funkcionalni, a rimski beton je preživeo više od 20 vekova, zahvaljujući svom jedinstvenom sastavu i tehnici proizvodnje koja je omogućila izuzetnu otpornost na vlagu, promene temperature i fizičko habanje.
Čak i danas, jedna od starorimskih građevina – Panteon, koji je i dalje netaknut i gotovo 2.000 godina star – drži rekord za najveću kupolu na svetu od betona bez armature, prenosi portal Sajens Alert.
Pucolan
Svojstva ovog betona obično se pripisuju njegovim sastojcima: pucolanu, koji je mešavina vulkanskog pepela, nazvan po italijanskom gradu Pocuoli, gde se nalazi značajan depozit – i kreču. Kada se pomešaju sa vodom, ova dva materijala reaguju i stvaraju snažan beton.
Ispostavilo se, međutim, da to nije cela priča. Godine 2023, međunarodni tim istraživača predvođen naučnicima sa Instituta za tehnologiju iz Masačusetsa (MIT) otkrio je da ne samo da su materijali nešto drugačiji od onoga što smo se do tada mislilo, već i da su tehnike koje su korišćene za njihovo mešanje bile različite od današnjih.
Komadići kreča
U betonu starorimskih građevina uočeni su mali beli komadići kreča, koji se inače čini da je dobro pomešan. Prisustvo ovih kvržica prethodno je pripisivano lošem mešanju ili lošim materijalima, ali to nije imalo smisla za Admira Mašića, profesora za materijale sa MIT-a.
„Uvek mi je smetala ideja da se pojava ovih komadića kreča jednostavno pripisuje lošoj kontroli kvaliteta”, rekao je Mašić u januaru 2023.
„Ako su Rimljani uložili toliko truda u stvaranje izuzetnog građevinskog materijala, prateći sve detaljne recepte koji su optimizovani tokom mnogih vekova, zašto bi uložili tako malo truda u dobro mešanje konačnog proizvoda? Mora da postoji još nešto više u ovoj priči”.
Mašić i njegov tim, predvođen inženjerkom građevine MIT-a Lindom Sejmur, pažljivo su proučavali uzorke rimskog betona starog 2.000 godina sa arheološkog nalazišta Privernum u Italiji.
Ovi uzorci su podvrgnuti velikim analizama skenerom sa elektronskom mikroskopijom, energetskoj disperzivnoj rendgenskoj spektroskopiji, difrakciji rendgenskih zraka na prahu i konfokalnom Ramanovom snimanju, kako bi stekli bolje razumevanje porekla tih kvržica kreča, piše Sajens Alert.
Kreč i „vruće mešanje”
Jedno od glavnih pitanja bilo je kakav je to bio kreč koji su koristili. Standardno shvatanje pucolanskog betona je da se koristi gašeni kreč.
Prvo se kamen u krečnjaku zagreva na visokim temperaturama da bi se proizveo visoko reaktivan kaustični prah koji se naziva „živi” kreč ili kalcijum-oksid.
Mešanjem ovog živog kreča sa vodom ,proizvodi gašeni kreč ili kalcijum-hidroksid, koji je nešto manje reaktivan i manje kaustičan. Prema teoriji, upravo je ovaj gašeni kreč Rimljani mešali sa pucolanom.
Na osnovu analize koju je uradio tim istraživača, međutim, kvržice kreča u njihovim uzorcima nisu bile u skladu sa ovom metodom. Verovatnije je da je rimski beton pravljen mešanjem živog kreča direktno sa pucolanom i vodom na izuzetno visokim temperaturama, bilo samostalno ili u kombinaciji sa gašenim krečom, što je metoda koju su naučnici nazvali „vruće mešanje”, a koje dovodi do nastanka kvržica kreča.
„Prednosti ‘vrućeg mešanja’ su dvostruke”, rekao je Mašić.
„Prvo, kada se ukupan beton zagreje na visokim temperaturama, to omogućava hemijske reakcoije koje nisu moguće ako se koristi samo gašeni kreč, stvarajući komponente povezane sa visokim temperaturama - koje inače ne bi nastale. Drugo, ova povećana temperatura značajno smanjuje vreme očvršćavanja i stvrdnjavanja, jer svi procesi postaju ubrzani, što omogućava mnogo bržu gradnju”.
Zašto je rimski beton bio toliko izdržljiv?
Metoda „vrućeg mešanja” ima još jednu prednost: komadići kreča daju betonu izuzetnu sposobnost samo-lečenja.
Kada dođe do pucanja betona, pukotine prvenstveno „putuju” ka kvržicama kreča, koje imaju veću površinu od drugih čestica u matriksu. Kada voda uđe u pukotinu, ona reaguje sa krečom i stvara rastvor bogat kalcijumom, koji se suši i stvrdnjava u kalcijum-karbonat, lepeći pukotinu nazad i sprečavajući je da se dalje širi.
Ovo je primećeno u betonu sa još jednog 2.000 godina starog nalazišta, Grobnici Cecilije Metele, gde su pukotine u betonu popunjene kalcitom (kalcijum-karbonatom). To takođe, objašnjava zašto je rimski beton sa morskih zidova izgrađenih pre 2.000 godina preživeo netaknut milenijumima, uprkos stalnom udaru mora.
Testiranje
Tim naučnika je testirao svoja saznanja praveći pucolanski beton prema drevnim i savremenim receptima, koristeći živi kreč. Napravili su, takođe, kontrolni beton bez živog kreča i obavili testove na pukotinama.
Kao što se i očekivalo, pukotine u betonu sa živim krečom bile su potpuno „izlečene” za dve nedelje, dok je kontrolni beton ostao napuknut.
Ovi naučnici sada rade na komercijalizaciji svog betona kao ekološki prihvatljivijoj alternativi trenutnim vrstama betona.
„Uzbudljivo je razmišljati o tome kako bi ove izdržljivije formule betona mogle da povećaju ne samo trajnost ovih materijala, već i da poboljšaju izdržljivost betona za 3D štampanje”, rekao je Mašić.
Njihovo istraživanje je objavljeno u časopisu Sajens Advanses.
