Panteon, mający prawie 2000 lat, jest nadal nienaruszony: jaki jest sekret wytrzymałości starożytnego rzymskiego betonu?

Prawie 2000-letni Panteon, "Świątynia Wszystkich Bogów" w Rzymie, jest rekordzistą pod względem największej na świecie niezbrojonej betonowej kopuły. Starożytni Rzymianie byli mistrzami budownictwa i inżynierii.

Według naukowców, funkcjonalne cuda Rzymian opierały się na unikalnym materiale budowlanym - betonie pucolanowym, który nadawał konstrukcjom niesamowitą wytrzymałość. Międzynarodowy zespół badaczy ustalił, że sekret wytrzymałości starożytnego rzymskiego materiału tkwi nie tylko w jego składnikach, ale także w metodzie ich mieszania, donosi ScienceAlert.

Właściwości betonu pucolanowego, nazwanego na cześć włoskiego miasta Pozzuoli, przypisuje się jego składnikom: pucolanie i mieszance popiołu wulkanicznego. Po zmieszaniu z wodą materiały te reagują, tworząc mocny beton.

Jednak międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem Massachusetts Institute of Technology (MIT) odkrył, że nie tylko materiały odgrywają rolę w wytrzymałości, ale także metody ich mieszania.

Według naukowców, w starożytnym rzymskim betonie znaleziono małe białe kawałki wapna, które wcześniej przypisywano złemu mieszaniu.

"Pomysł, że obecność tych fragmentów wapna była po prostu przypisywana słabej kontroli jakości, zawsze mnie niepokoił" - powiedział naukowiec ds. materiałów Admir Masik z MIT.

"Jeśli Rzymianie włożyli tyle wysiłku w stworzenie doskonałego materiału budowlanego, przestrzegając wszystkich szczegółowych przepisów, które zostały zoptymalizowane przez wiele stuleci, dlaczego włożyli tak mało wysiłku w zapewnienie, że wyprodukowali dobrze wymieszany produkt końcowy?" - zastanawiał się ekspert.

Masik i zespół ekspertów pod kierownictwem inżyniera budownictwa MIT Lindy Seymour dokładnie zbadali liczące 2000 lat próbki rzymskiego betonu ze stanowiska archeologicznego Provernum we Włoszech.

Próbki te zostały poddane najnowocześniejszemu skanowaniu mikroskopowemu i różnym badaniom rentgenowskim, aby lepiej zrozumieć fragmenty wapna.

Według naukowców standardowym rozumieniem betonu pucolanowego jest to, że wykorzystuje on wapno gaszone. Wapień jest podgrzewany w wysokich temperaturach w celu wytworzenia wysoce aktywnego, żrącego proszku zwanego wapnem palonym lub tlenkiem wapnia.

Wiadomo, że mieszanie wapna palonego z wodą daje wapno gaszone lub wodorotlenek wapnia: nieco mniej reaktywną, mniej żrącą pastę. Zgodnie z teorią, to właśnie wapno gaszone starożytni Rzymianie mieszali z pucolaną.

Jednak na podstawie analizy fragmenty wapna w próbkach nie odpowiadają tej metodzie. Rzymski beton był raczej wytwarzany poprzez mieszanie wapna palonego bezpośrednio z pucolaną i wodą w ekstremalnie wysokich temperaturach, samodzielnie lub jako dodatek do wapna gaszonego. Zespół nazywa ten proces "mieszaniem na gorąco", co skutkuje powstawaniem fragmentów wapna.

Admir Masik podkreślił, że korzyści płynące z mieszania na gorąco są dwojakie. "Po pierwsze, gdy cały beton jest podgrzewany do wysokich temperatur, umożliwia to procesy chemiczne, które nie są możliwe, jeśli używasz tylko wapna gaszonego, tworząc związki wysokotemperaturowe, które w przeciwnym razie nie powstałyby" - mówi.

"Po drugie, ta podwyższona temperatura znacznie skraca czas utwardzania i wiązania, ponieważ wszystkie reakcje są przyspieszone, co pozwala na znacznie szybszy proces budowy" - dodaje materiałoznawca.

Fragmenty wapna zapewniają również betonowi doskonałą zdolność do samoleczenia, twierdzą eksperci. Kiedy w betonie tworzą się pęknięcia, preferencyjnie przemieszczają się one do fragmentów wapna, które mają większą powierzchnię niż inne cząstki w matrycy.

Kiedy woda dostaje się do pęknięcia, reaguje z wapnem, tworząc bogaty w wapń roztwór, który wysycha i twardnieje jako węglan wapnia, uszczelniając pęknięcie i zapobiegając jego dalszemu rozprzestrzenianiu się, wyjaśniają eksperci.

Zespół badawczy pracuje obecnie nad komercjalizacją swojego betonu jako bardziej przyjaznej dla środowiska alternatywy dla obecnego. "Ta opcja może zwiększyć nie tylko żywotność tych materiałów, ale może również zwiększyć trwałość kompozycji betonowych drukowanych na drukarce 3D" - podsumował Admir Masik.

Tylko zweryfikowane informacje są dostępne na kanale OBOZ.UA Telegram i Viber. Nie daj się nabrać na podróbki!