Коначно знамо како је древни римски бетон успео да траје хиљадама година: СциенцеАлерт

Стари Римљани су били мајстори грађевинарства и инжињеринга, а можда су их највише представљали аквадукти. Ова чуда која још увек функционишу ослањају се на јединствени грађевински материјал: пуцолански бетон, невероватно издржљив бетон који је римским структурама дао невероватну снагу.

Чак и данас, једна од њихових зграда – Пантеон, још увек нетакнут и стар скоро 2.000 година – држи рекорд за највећу куполу од неармираног бетона на свету.

Својства овог бетона се углавном приписују његовим састојцима: пуцолани, мешавини вулканског пепела – названом по италијанском граду Поцуоли, где се могу наћи велика налазишта тог бетона – и креч. Када се помешају са водом, ова два материјала могу реаговати и произвести јак бетон.

Али, како се испоставило, то није цела прича. А 2023. године, међународни тим истраживача предвођен Масачусетским институтом за технологију (МИТ) открио је да не само да су материјали мало другачији него што смо мислили, већ су и технике коришћене за њихово мешање различите.

Пушке које су се димиле биле су мали бели комадићи креча који су се могли наћи у ономе што је изгледало као добро измешани бетон. Присуство ових комада се раније приписивало лошем мешању или материјалима, али то није имало смисла научнику за материјале Адмиру Масеку са МИТ-а.

„Идеја да је присуство ових блокова кречњака једноставно због лоше контроле квалитета, увек ме је мучила. рекао је Мачек Још у јануару 2023.

„Ако су Римљани уложили толико труда да направе врхунски грађевински материјал, пратећи све детаљне рецепте који су се усавршавали током много векова, зашто су уложили тако мало труда да обезбеде да се добије добро измешани финални производ? Мора бити више на ову причу“.

Мачек и тим, на челу са грађевинским инжењером МИТ-а Линдом Симор, проучавали су 2.000 година старе римске узорке бетона са археолошког налазишта Перевернум у Италији. Ови узорци су подвргнути скенирајућој електронској микроскопији велике површине, спектроскопији рендгенских зрака са дисперзијом енергије, дифракцији рендгенских зрака на праху и конфокалном Рамановом снимању да би се стекло боље разумевање кречњачких маса.

Једно од питања које сам имао на уму била је природа коришћеног креча. Стандардно схватање пуцоланског бетона је да се користи Хидратисани креч. Прво, кречњак се загрева на високим температурама да би се добио високо реактивни каустични прах који се зове кречњак Живи кречИли калцијум оксид.

Мешањем живог креча са водом настаје гашени креч или калцијум хидроксид: мање реактивна и мање каустична паста. Према теорији, управо су овај хидратисани креч стари Римљани мешали са пуцоланом.

На основу анализе тима, блокови креча пронађени у њиховим узорцима нису били у складу са овом методом. Алтернативно, римски бетон је можда направљен мешањем живог креча директно са пуцоланом и водом на изузетно високим температурама, сам или као додатак хидратизованом кречу, процес који тим назива „вруће мешање“ којим се добијају мрвице креча.

„Предности топлог мешања су двоструке.“ рекао је Мачек.

„Прво, када се агрегатни бетон загреје на високе температуре, то омогућава да се одвијају хемије које нису могуће ако користите само хидратизовани креч, стварајући високотемпературна везана једињења која се не могу формирати другачије. Друго, ова повећана температура драматично смањује очвршћавање и времена очвршћавања јер су све реакције убрзане, што омогућава много бржу конструкцију.“

Има још једну предност: мрвица креча даје бетону изузетну способност самоизлечења.

Када се у бетону формирају пукотине, оне се првенствено крећу у блокове креча, који имају већу површину од других честица у матрици. Када вода уђе у пукотину, она реагује са кречом да би се формирао раствор богат калцијумом који се суши и стврдњава попут калцијум карбоната, спајајући пукотину и спречавајући је да се даље шири.

ово Примећено је У бетону са другог локалитета старог 2.000 година, гробнице Цецилије Метеле, где су пукотине у бетону биле испуњене калцитом. То би такође могло да објасни зашто је римски бетон са морских зидова изграђен пре 2.000 година остао нетакнут хиљадама година упркос сталном ударању океана.

Дакле, тим је тестирао своје налазе правећи пуцолански бетон од древних и модерних рецепата користећи живи креч. Такође су правили контролни бетон без живог креча и вршили тестове пуцања. Наравно, напукли бетон од кречњака је потпуно очврснуо у року од две недеље, али контролни бетон је остао напукао.

Тим сада ради на пласирању свог бетона као еколошки прихватљивије алтернативе тренутном бетону.

„Узбудљиво је размишљати о томе како ове издржљивије бетонске композиције могу повећати не само животни век ових материјала, већ и како могу побољшати издржљивост 3Д штампаних бетонских композиција.“ рекао је Мачек.

Истраживање је објављено у Унапређење науке.

Верзија овог чланка је први пут објављена у јануару 2023.