Tajna rimskog betona: Naučnici otkrili zašto postaje sve čvršći i posle 2.000 godina

Postoji jedno pravilo koje važi gotovo za sve građevinske materijale – vreme ih neminovno troši. Čak i najizdržljivije konstrukcije vremenom pucaju, slabe i propadaju. Međutim, beton kojim su gradili stari Rimljani ponaša se potpuno drugačije.

Naučnici već duže vreme znaju da rimski beton, umesto da vremenom gubi svojstva, nastavlja da postaje sve čvršći. Dosadašnja istraživanja pokazala su da je glavni razlog tome hemijska reakcija između vulkanskog pepela, poznatog kao pucolan, i živog kreča, pri čemu nastaju izuzetno otporni minerali koji betonu obezbeđuju neverovatnu dugotrajnost.

Sada su naučnici otkrili da to nije cela priča.

Novo istraživanje pokazalo je da važnu ulogu imaju i spore, ali neprekidne reakcije ugljen-dioksida iz atmosfere.

„Iako je pucolanska reakcija od suštinskog značaja, naši nalazi ukazuju na to da karbonizacija tokom dugog vremenskog perioda takođe povećava trajnost betona i pomaže mu da sa starenjem sam zatvara pukotine“, rekao je inženjer Paulo Monteiro sa Univerziteta Kalifornije u Berkliju.

Otkriće, objavljeno u naučnom časopisu Science Advances, pruža novi uvid u izuzetne inženjerske sposobnosti starih Rimljana, čak i kada je reč o objektima koji su naizgled bili sasvim obične namene.

Od Panteona do Hadrijanovog toaleta

Jedna od najvećih fascinacija rimskim graditeljstvom jeste činjenica da su brojne građevine preživele skoro dva milenijuma, dok su mnogi objekti iz istog perioda odavno nestali.

Najpoznatiji primer je Panteon u Rimu – hram star oko 2.000 godina, čija je ogromna kupola od nearmiranog betona i danas najveća takva konstrukcija na svetu.

Međutim, kako bi otkrili nove tajne rimskog betona, Monteiro, koautorka istraživanja Sjaohong Džu sa Pekinškog univerziteta za tehnologiju i njihove kolege nisu uzorak potražili u Panteonu, već na daleko manje očekivanom mestu.

U drugom veku nove ere rimski car Hadrijan sagradio je svoju raskošnu vilu u Tivoliju u Italiji. Veliki deo tog kompleksa i danas je očuvan.

Upravo tamo istraživači su uzeli mali uzorak betona iz zajedničkog toaleta, koji je nekada služio stanovnicima carske vile.

Pomoću niza savremenih tehnika snimanja visoke rezolucije analizirali su uzorak sve do nanometarskog nivoa.

Kao što se i očekivalo, pronašli su dokaze o pucolanskoj reakciji, odnosno procesu u kojem vulkanski pepeo i kreč stvaraju izuzetno otporne minerale unutar betona.

Međutim, otkrili su i nešto što do sada nije bilo dovoljno istraženo.

Tokom vekova ugljen-dioksid iz atmosfere reagovao je sa preostalim krečom u betonu, pri čemu je nastao kalcit – mineral koji se prirodno nalazi i u krečnjaku.

Istraživači su utvrdili da kalcit nije samo sporedni proizvod starenja materijala.

Naprotiv, kristali kalcita postepeno su ispunjavali sitne pore i pukotine, čineći beton gušćim i jačim, istovremeno zatvarajući oštećenja koja bi se inače vremenom širila.

Ranija istraživanja jesu otkrivala prisustvo kalcita u rimskom betonu, ali njegova trodimenzionalna struktura i raspored unutar materijala do sada nisu bili detaljno analizirani.

Novi trag ka održivijem betonu budućnosti

Naučnici smatraju da je uloga kalcita u izuzetnoj dugotrajnosti rimskog betona do sada bila potcenjena. To, međutim, ne znači da on zamenjuje dobro poznatu pucolansku reakciju, već da deluje zajedno sa njom i dodatno povećava otpornost materijala.

Istraživači već godinama pokušavaju da razviju savremene verzije rimskog betona.

Karbonizacija je prirodan proces koji se dešava u krečnim betonskim smešama bez obzira na to da li se njena uloga proučava ili ne. Međutim, bolje razumevanje tog mehanizma moglo bi naučnicima da omogući razvoj betona koji će duže trajati, a istovremeno imati manji uticaj na životnu sredinu

„Razumevanje načina na koji dinamika kristalizacije kalcijum-karbonata povezuje beton i doprinosi njegovoj dugoročnoj trajnosti moglo bi da pruži nove uvide u dugoročnu mineralošku evoluciju i prirodnu karbonizaciju krečnih veziva“, rekao je Monteiro.

Od Panteona do skromnog toaleta u Hadrijanovoj vili, rimske građevine i posle dve hiljade godina predstavljaju izuzetne primere materijala koji je uspeo da ostane konstruktivno stabilan.

Ipak, autori istraživanja naglašavaju da savremena gradnja ne može jednostavno da kopira rimske metode.

Današnje zgrade postavljaju daleko veće zahteve pred građevinske materijale, a armirani beton suočava se sa problemom koji stari Rimljani nisu imali – korozijom čelične armature ugrađene u konstrukcije.

Novi rezultati, ipak, mogli bi da pomognu naučnicima u razvoju dugotrajnijih i održivijih vrsta betona.

„Ova studija pokazuje kako proučavanje drevnih inženjerskih tehnika može dovesti do važnih otkrića“, poručio je Monteiro.

„Nadamo se da ćemo, otkrivajući rimske tajne povećanja trajnosti betona, jednog dana uspeti da razvijemo održiviju savremenu infrastrukturu.“

Rezultati istraživanja objavljeni su u naučnom časopisu Science Advances.