Античките Римјани продолжуваат да изненадуваат: Конечно знаеме зошто древниот римски бетон опстојал илјадници години

Древните Римјани биле мајстори за градежништво и инженерство, можеби најпознати по своите аквадукти. Овие уште функционални чуда се потпираат на уникатен градежен материјал: позолански бетон, неверојатно издржлив бетон кој на римските градби им ја дава својата неверојатна цврстина.

Дури и денес, една од нивните градби – Пантеонот, кој е сè уште цел и речиси 2.000 години стар – го држи рекордот за најголема купола во светот изградена од неармиран бетон.

Својствата на овој бетон обично се припишуваат на неговите состојки: позолана, мешавина од вулканска пепел – именувана по италијанскиот град Поцуоли, каде што се наоѓа значително наоѓалиште – и вар. Кога се мешаат со вода, овие два материјали реагираат и создаваат силен бетон.

Но, како што се покажа, ова не е целата приказна. Во 2023 година, меѓународен тим истражувачи предводен од Масачусетскиот институт за технологија (МИТ) откри дека не само што материјалите се малку поразлични од тоа што досега се мислело, туку и техниките на мешање биле различни.

Клучниот доказ беа мали, бели парчиња вар што можат да се најдат во на прв поглед добро измешан бетон. Присуството на овие парчиња претходно било припишувано на слабо мешање или неквалитетни материјали, но ова објаснување не беше логично за научникот за материјали, Адмир Масик од МИТ.

„Идејата дека присуството на овие варови грутки се должи само на слаб квалитет на мешање секогаш ме вознемируваше,“ рече Масик во јануари 2023 година.

„Ако Римјаните вложиле толку многу напор за создавање извонреден градежен материјал, следејќи детални рецепти усовршени низ многу векови, зошто би вложиле малку напор во обезбедување на добро измешан конечен производ? Мора да има нешто повеќе во оваа приказна“.

Масик и тимот, предводени од градежниот инженер Линда Сејмор од МИТ, внимателно ги проучиле 2.000 години стари примероци од римски бетон од археолошкото наоѓалиште Привернум во Италија. Овие примероци биле подложени на скенирање со електронски микроскоп и спектроскопија, дифракција со прав и Раманова слика за подобро разбирање на грутките вар.

Едно од прашањата било природата на варот што се користел. Стандардното разбирање за позоланскиот бетон е дека тој користи гасена вар. Најпрво, варовникот се загрева на високи температури за да се создаде реактивен каустичен прав наречен жива вар, или калциум оксид.

Мешањето на жива вар со вода создава гасена вар, или калциум хидроксид: малку помалку реактивна, помалку каустична паста. Според теоријата, древните Римјани ја мешале гасената вар со позоланата. Но, според анализата на тимот, грутките вар во нивните примероци не се во согласност со овој метод. Наместо тоа, римскиот бетон веројатно бил создаван со мешање на живата вар директно со позолана и вода на исклучително високи температури, процес што тимот го нарекува „жешко мешање“, што резултирало со грутки вар.

„Придобивките од жешкото мешање се двојни. Прво, кога целокупниот бетон се загрева на високи температури, се овозможува хемија која не би била можна ако се користи само гасена вар, создавајќи соединенија кои се јавуваат при висока температура. Второ, ова зголемување на температурата значително го намалува времето на стврднување, бидејќи сите реакции се забрзани, овозможувајќи побрза градба“, вели Масик.

И има уште една предност: грутките вар му даваат на бетонот извонредна способност за само-поправање.

Кога во бетонот се појавуваат пукнатини, тие претпочитано патуваат до грутките вар, кои имаат поголема површина од останатите честички во структурата. Кога водата навлегува во пукнатината, таа реагира со варот и создава раствор богат со калциум кој се суши и стврднува како калциум карбонат, со што ја залепува пукнатината и спречува понатамошно ширење.

Ова е забележано и во бетон од уште едно 2.000 години старо наоѓалиште, гробот на Цецилија Метела, каде пукнатините во бетонот се пополнети со калцит. Ова исто така може да објасни зошто римскиот бетон од морските ѕидови, изградени пред 2.000 години, останал цел и покрај постојаното удирање на морето.

Тимот ги тестирал своите откритија со правење позолански бетон според антички и модерни рецепти користејќи жива вар. Исто така, направиле бетон без жива вар и спровеле тестови за пукнатини. Точно, пукнатините во бетонот со жива вар целосно се залечиле за две недели, додека контролниот бетон останал напукнат.

Тимот сега работи на комерцијализација на нивниот бетон како еколошка алтернатива на актуелните бетони.

„Возбудливо е да се размислува за тоа како овие подолготрајни бетонски формулации би можеле не само да го продолжат животниот век на овие материјали, туку и да ја подобрат издржливоста на бетонските формулации добиени со 3D печатење“, вели Масик.

Истражувањето е објавено во списанието Science Advances.