• Przykłady betonu rzymskiego wystawionego na trudne warunki morskie mają 2000 lat, z niewielkim lub żadnym zużyciem
• Jego wytrzymałość wynikała z włączenia popiołu pucolanowego (wulkanicznego), co zapobiegało rozprzestrzenianiu się pęknięć
• Nowe odkrycia dają nadzieję na zastosowanie starożytnej technologii współcześnie, co pozwoli zmniejszyć koszty produkcji, podniesie trwałość materiału i będzie korzystne na środowiska naturalnego

Badacze wykorzystali obrazowanie wysokiej rozdzielczości i mapowanie chemiczne. Dzięki tym specjalistycznym analizom udało im się ustalić, że starożytny rzymski beton zawiera grudki wapna, które nadają mu zdolność „samoleczenia”.

Zespół składał się z członków Massachusetts Institute of Technology, Harvard, Instituto Meccanica dei Materiali ze Szwajcarii i włoskiego Muzeum Archeologicznego w Priverno.

Makieta rzymskiego Panteonu Fot. Dreamstime

Odkrycie to daje nadzieję na wdrożenie przykrytej wiekami zapomnienia technologii do współczesnych mieszanek betonowych i podniesienie jego trwałości, twierdzi Admir Masic, profesor inżynierii lądowej i środowiskowej Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Rzymski sekret „samoleczącego się” betonu

Naukowcy uważają, że Rzymianie stosowali technikę mieszania na gorąco, która powodowała powstawanie w betonie klastów umożliwiających autowypełnianie powstałych szczelin. Oznacza to, że kiedy w budowli tworzą się pęknięcia i na skutek opadów wypełniają wodą, w zastygłej mieszance zachodzi reakcja chemiczna: wapno reaguje z wodą nasycając szczeliny węglanem wapnia, który następnie krystalizuje się, wypełniając przerwy.

Tajemnicza technika mieszania na gorąco

Klasty wapienne, umożliwiające ponowne uszczelnienie pęknięć, mają kruchą strukturę, która najprawdopodobniej została utworzona w technice mieszania na gorąco z wapnem palonym, a nie tradycyjnym wapnem gaszonym. Zespołowi udało się odtworzyć technikę betonu mieszanego na gorąco, a następnie udowodnić, że powstały materiał ma zdolność do naprawy własnych pęknięć. Podobny test przeprowadzono bez wapna palonego, ale nie doszło do „samoleczenia”.

Koloseum w Rzymie. Fot. Adobe Stock

Odkąd po raz pierwszy zacząłem pracować ze starożytnym rzymskim betonem, byłem zafascynowany obecnymi w nim klastami wapna. Nie występują one w nowoczesnych preparatach betonowych, więc dlaczego są obecne w tych starożytnych materiałach? – relacjonuje profesor Masic.

W genialnych rozwiązaniach nie ma przypadków

Pomysł, że obecność tych wapiennych klastów była przypisywana po prostu niskiej kontroli jakości, zawsze mnie niepokoił. Jeśli Rzymianie włożyli tyle wysiłku w stworzenie wybitnego materiału budowlanego, postępując zgodnie ze szczegółowymi recepturami, które zostały zoptymalizowane w ciągu wielu stuleci, dlaczego włożyliby tak mało wysiłku w zapewnienie produkcji dobrze wymieszanego produktu końcowego? – podsumował odkrycie swojego zespołu badacz MIT.

Czym jest beton rzymski?

Beton rzymski, zwany także opus caementicium, podobnie jak współczesny odpowiednik, był oparty na hydraulicznie wiążącym cemencie dodanym do kruszywa. Jednak od współczesnego betonu różni się tym, że kruszywa często zawierały większe składniki, stąd też był on układany, a nie wylewany.

Port w Cezarei: przykład technologii rzymskiego betonu na dużą skalę. Fot. James Cocks Wikimedia Commons

Wiele budynków i budowli, które stoją do dziś, takich jak mosty, zbiorniki wodne i akwedukty, zostało zbudowanych z tego materiału, wykazując jego wszechstronność i trwałość. Jego wytrzymałość wynikała czasami z włączenia popiołu pucolanowego tam, gdzie był dostępny (szczególnie w Zatoce Neapolitańskiej ), co zapobiegało rozprzestrzenianiu się pęknięć.

Beton rzymski był w powszechnym i zwyczajowym użyciu od około 150 roku p.n.e., choć niektórzy uczeni uważają, że został opracowany sto lat wcześniej. 

Obiecujące widoki na przyszłość

Badania naukowe betonu rzymskiego od 2010 r. przyciągają uwagę mediów i przemysłu. Ze względu na jego niezwykłą trwałość, długowieczność i mniejszy wpływ na środowisko, przemysł zaczyna badać zastosowanie betonu typu rzymskiego w Ameryce Północnej, zastępując popiół wulkaniczny popiołem lotnym z węgla, który ma podobne właściwości. 

Badania betonu. Fot. Adobe Stock

Zwolennicy twierdzą, że beton wykonany z popiołu lotnego może kosztować do 60% mniej, ponieważ wymaga mniej cementu i ma mniejszy wpływ na środowisko ze względu na niższą temperaturę podgrzewania i znacznie dłuższą żywotność. 

W 2013 r. Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley opublikował artykuł, w którym po raz pierwszy opisano mechanizm, dzięki któremu superstabilny związek wapniowo-glinowo-krzemianowo-hydratowy wiąże materiał razem. Podczas jego produkcji do atmosfery uwalnia się mniej dwutlenku węgla niż wydziela jakikolwiek nowoczesny proces produkcji betonu. 

Przeczytaj także: Zeroemisyjny cement i beton do 2050 roku?