Тајна римског бетона: Научници открили зашто постаје све чвршћи и после 2.000 година

Постоји једно правило које важи готово за све грађевинске материјале – време их неминовно троши. Чак и најиздржљивије конструкције временом пуцају, слабе и пропадају. Међутим, бетон којим су градили стари Римљани понаша се потпуно другачије.

Научници већ дуже време знају да римски бетон, уместо да временом губи својства, наставља да постаје све чвршћи. Досадашња истраживања показала су да је главни разлог томе хемијска реакција између вулканског пепела, познатог као пуцолан, и живог креча, при чему настају изузетно отпорни минерали који бетону обезбеђују невероватну дуготрајност.

Сада су научници открили да то није цела прича.

Ново истраживање показало је да важну улогу имају и споре, али непрекидне реакције угљен-диоксида из атмосфере.

„Иако је пуцоланска реакција од суштинског значаја, наши налази указују на то да карбонизација током дугог временског периода такође повећава трајност бетона и помаже му да са старењем сам затвара пукотине“, рекао је инжењер Пауло Монтеиро са Универзитета Калифорније у Берклију.

Откриће, објављено у научном часопису Science Advances, пружа нови увид у изузетне инжењерске способности старих Римљана, чак и када је реч о објектима који су наизглед били сасвим обичне намене.

Од Пантеона до Хадријановог тоалета

Једна од највећих фасцинација римским градитељством јесте чињеница да су бројне грађевине преживеле скоро два миленијума, док су многи објекти из истог периода одавно нестали.

Најпознатији пример је Пантеон у Риму – храм стар око 2.000 година, чија је огромна купола од неармираног бетона и данас највећа таква конструкција на свету.

Међутим, како би открили нове тајне римског бетона, Монтеиро, коауторка истраживања Сјаохонг Џу са Пекиншког универзитета за технологију и њихове колеге нису узорак потражили у Пантеону, већ на далеко мање очекиваном месту.

У другом веку нове ере римски цар Хадријан саградио је своју раскошну вилу у Тиволију у Италији. Велики део тог комплекса и данас је очуван.

Управо тамо истраживачи су узели мали узорак бетона из заједничког тоалета, који је некада служио становницима царске виле.

Помоћу низа савремених техника снимања високе резолуције анализирали су узорак све до нанометарског нивоа.

Као што се и очекивало, пронашли су доказе о пуцоланској реакцији, односно процесу у којем вулкански пепео и креч стварају изузетно отпорне минерале унутар бетона.

Међутим, открили су и нешто што до сада није било довољно истражено.

Током векова угљен-диоксид из атмосфере реаговао је са преосталим кречом у бетону, при чему је настао калцит – минерал који се природно налази и у кречњаку.

Истраживачи су утврдили да калцит није само споредни производ старења материјала.

Напротив, кристали калцита постепено су испуњавали ситне поре и пукотине, чинећи бетон гушћим и јачим, истовремено затварајући оштећења која би се иначе временом ширила.

Ранија истраживања јесу откривала присуство калцита у римском бетону, али његова тродимензионална структура и распоред унутар материјала до сада нису били детаљно анализирани.

Нови траг ка одрживијем бетону будућности

Научници сматрају да је улога калцита у изузетној дуготрајности римског бетона до сада била потцењена. То, међутим, не значи да он замењује добро познату пуцоланску реакцију, већ да делује заједно са њом и додатно повећава отпорност материјала.

Истраживачи већ годинама покушавају да развију савремене верзије римског бетона.

Карбонизација је природан процес који се дешава у кречним бетонским смешама без обзира на то да ли се њена улога проучава или не. Међутим, боље разумевање тог механизма могло би научницима да омогући развој бетона који ће дуже трајати, а истовремено имати мањи утицај на животну средину

„Разумевање начина на који динамика кристализације калцијум-карбоната повезује бетон и доприноси његовој дугорочној трајности могло би да пружи нове увиде у дугорочну минералошку еволуцију и природну карбонизацију кречних везива“, рекао је Монтеиро.

Од Пантеона до скромног тоалета у Хадријановој вили, римске грађевине и после две хиљаде година представљају изузетне примере материјала који је успео да остане конструктивно стабилан.

Ипак, аутори истраживања наглашавају да савремена градња не може једноставно да копира римске методе.

Данашње зграде постављају далеко веће захтеве пред грађевинске материјале, а армирани бетон суочава се са проблемом који стари Римљани нису имали – корозијом челичне арматуре уграђене у конструкције.

Нови резултати, ипак, могли би да помогну научницима у развоју дуготрајнијих и одрживијих врста бетона.

„Ова студија показује како проучавање древних инжењерских техника може довести до важних открића“, поручио је Монтеиро.

„Надамо се да ћемо, откривајући римске тајне повећања трајности бетона, једног дана успети да развијемо одрживију савремену инфраструктуру.“

Резултати истраживања објављени су у научном часопису Science Advances.