Stari Rimljani bili su majstori građevine i inženjeringa, a ono po čemu su ostali možda i najzapamćeniji su njihovi vijadukti. Ta, još uvijek funkcionalna čuda arhitekture oslanjaju se na jedinstveni građevinski materijal: pucolanski beton. Riječ je o spektakularno izdržljivom betonu koji je rimskim građevinama davao nevjerojatnu snagu.
Čak i danas, jedna od najznamenitijih rimskih građevina, Panteon, je i dalje netaknut iako je star gotovo 2000 godina. Panteon drži rekord za najveću svjetsku kupolu napravljenoj od nearmiranog betona, navodi science alert.
Svojstva ovog betona općenito se pripisuju njegovim sastojcima: pozzolani, mješavini vulkanskog pepela – nazvanog po talijanskom gradu Pozzuoli, gdje se mogu pronaći značajni izvori ovog pepela i vapnu. Kada se pomiješaju s vodom, ova dva materijala reagiraju i proizvode jak beton.
No, čini se da to nije cijela priča. Prošle godine je međunarodni tim istraživača pod vodstvom Massachusetts Institute of Technology (MIT) otkrio da nisu samo materijali malo drukčiji od onoga što smo mislili, već su i tehnike korištene za njihovo miješanje također različite, piše N1.
Mali komadi vapna
U samom betonu koji su Rimljani koristili nalaze se i mali komadi vapna koji su se prethodno pripisivali lošem miješanju ili lošim materijalima, ali to nije imalo smisla znanstveniku za materijale Admiru Mašiću s MIT-a.
“Uvijek me mučila ideja da se prisutnost tih komada vapna jednostavno pripisuje niskoj kontroli kvalitete”, rekao je Mašić još u siječnju 2023.
“Ako su Rimljani uložili toliko truda u izradu izvanrednog građevinskog materijala, slijedeći sve detaljne recepte koji su optimizirani tijekom mnogih stoljeća, zašto bi uložili tako malo truda da osiguraju proizvodnju dobro izmiješanog konačnog proizvoda?”, pita se Mašić.
Mašić i njegov tim koji je uključivao i inženjerku Lindu Seymour, su pažljivo proučavali 2000 godina stare uzorke rimskog betona s arheološkog nalazišta Privernum u Italiji. Uzorke su podvrgnuli skeniranju elektronskom mikroskopijom velike površine, spektroskopiji X-zraka s disperzijom energije, difrakciji X-zraka na prahu i konfokalnom Ramanovom snimanju kako bi se bolje razumjeli komadi vapna.
Jedno od pitanja koje im je bilo na umu je priroda vapna kojeg su koristili. Standardno razumijevanje pucolanskog betona je da koristi gašeno vapno. No analizom je utvrđeno kako nalasci vapna u njihovim uzorcima nisu ovog tipa nego su Rimljani živo vapno miješali izravno s pucolanom i vodom na ekstremno visokim temperaturama procesom koji se naziva “vruće miješanje” koji rezultira s prisutnošću komada vapna.
Prednosti “živog” vapna
“Prednosti toplog miješanja su dvojake”, rekao je Mašić.
“Prvo, kada se cjelokupni beton zagrije na visoke temperature, to omogućuje kemijske reakcije koje nisu moguće ako ste koristili samo gašeno vapno, proizvodeći spojeve povezane s visokom temperaturom koji inače ne bi nastali. Drugo, ova povišena temperatura značajno smanjuje stvrdnjavanje i vezivanje jer su sve reakcije ubrzane, što omogućuje puno bržu konstrukciju.”
“Ima još jednu korist: vapneni komadi betonu daju izvanredne sposobnosti samoodrživosti”, ističe Mašić.
Kada se stvaraju pukotine u betonu, one prvenstveno putuju do vapnenastih komada, koji imaju veću površinu od ostalih čestica u matrici. Kada voda uđe u pukotinu, ona reagira s vapnom i stvara otopinu bogatu kalcijem koja se suši i stvrdnjava. Stvrdnuti oblik naziva se kalcijev karbonat koji ponovno lijepi pukotinu i sprječava daljnje širenje pukotine.
Ovo bi moglo objasniti kako je rimski beton koji se nalazi u blizini mora preživio skoro 2000 godina.
Tim je testirao svoja otkrića praveći pucolanski beton prema starim i modernim receptima koristeći živo vapno. Za kontrolni beton su koristili gašeno vapno te su potom izveli testove na pukotine. Napuknuti beton od živog vapna potpuno je zacijelio unutar dva tjedna dok je kontrolni beton ostao napuknut.
Tim sada radi na komercijalizaciji ovog betona kao ekološki prihvatljivije alternative sadašnjim betonima.
