Nauka wyjaśniła, dlaczego rzymski beton przetrwał prawie 2000 lat.

(Gazeta Dan Tri) - Konstrukcja wzniesiona prawie 2000 lat temu dostarcza kolejnych dowodów na sekret trwałości starożytnego rzymskiego betonu, który przetrwał próbę czasu.

Przed domniemanym zawaleniem się Pompejów w 79 r. n.e. archeolodzy odkryli pod warstwą popiołu wulkanicznego doskonale zachowaną, „zamrożoną” strukturę rzymskich budowli.

Kopuła Panteonu w Rzymie jest obecnie największą niezbrojoną konstrukcją betonową, jaka wciąż istnieje na świecie (zdjęcie: Getty Images).

Tutaj znaleziono starannie ułożone stosy materiałów, w tym składniki służące do mieszania słynnego z trwałości betonu, za takimi zabytkami jak Panteon, gdzie od tysiącleci stoi masywna, niezbrojona kopuła z betonu.

Technologia „mieszania na gorąco” ujawnia przyczynę niezwykłej trwałości betonu rzymskiego.

Niedawno przeprowadzona zupełnie nowa analiza ujawniła, że ​​sekret tkwi w technice, którą naukowiec zajmujący się materiałami, Admir Masic z Massachusetts Institute of Technology (MIT), nazywa „mieszaniem na gorąco”.

Metoda ta polega na bezpośrednim mieszaniu składników betonu, w tym mieszanki pucolanowego popiołu wulkanicznego z wapnem palonym, która reaguje z wodą, wytwarzając w mieszance dużą ilość ciepła.

Gdy cały beton zostanie podgrzany do wysokiej temperatury, zachodzą w nim reakcje chemiczne, które nie zaszłyby w przypadku samego wapna. W efekcie powstają związki charakterystyczne dla warunków wysokiej temperatury.

Materiały budowlane znalezione w Pompejach (zdjęcie: Pompejański Park Archeologiczny).

Jednak wyższa temperatura znacznie skraca czas wiązania i utwardzania, ponieważ wszystkie reakcje zachodzą szybciej, co pozwala na szybką budowę.

W szczególności pozostałe w mieszance cząstki wapna palonego nadały rzymskiemu betonowi zdolność do „samonaprawiania” pęknięć z upływem czasu.

Kiedy beton pęka, pęknięcia mają tendencję do rozprzestrzeniania się na cząstki wapna, które mają większą powierzchnię niż inne cząstki matrycy.

Kiedy woda wnika w pęknięcia, reaguje z wapnem, tworząc bogaty w wapń roztwór, który po wyschnięciu tworzy węglan wapnia, uszczelniający pęknięcie i zapobiegający jego rozprzestrzenianiu się.

„Materiał ten ma wartość zarówno historyczną, jak i naukową, jeśli zostanie właściwie rozszyfrowany. Ma zdolność do samonaprawy przez tysiące lat, zachowując elastyczność i trwałość”.

„Beton rzymski wytrzymał trzęsienia ziemi, erupcje wulkanów, przetrwał pod wodą i oparł się silnej erozji środowiskowej” – powiedział Masic w czasopiśmie Nature Communications.

Chociaż technika mieszania na gorąco pomogła wyjaśnić wiele tajemnic otaczających trwałość rzymskiego betonu, odkrycie to nie zgadza się z rzeczywistą formułą opisaną w traktacie architekta Witruwiusza De Architectura.

Po prawej stronie nałożono mur na stanowisku archeologicznym w Pompejach oraz analizę kompozycyjną. (Zdjęcie: Park Archeologiczny w Pompejach)

Według opisu Witruwiusza wapno należało gasić wodą przed zmieszaniem z pucolaną; ta rozbieżność między starożytnymi zapisami a dowodami archeologicznymi wprawia naukowców w zakłopotanie.

Dzieła Witruwiusza są uważane za najpełniejsze źródło informacji na temat architektury rzymskiej i technologii opus caementicium (betonu rzymskiego), jednak okazy te ujawniają zupełnie inną historię.

Pod mikroskopem próbki zaprawy w murze wykazały wyraźne ślady mieszania na gorąco, popękane fragmenty wapna, bogatą w wapń warstwę reaktywną rozprzestrzeniającą się na cząsteczki popiołu wulkanicznego oraz drobne kryształy kalcytu i aragonitu tworzące się w zagłębieniach pumeksu.

Spektroskopia Ramana potwierdziła zmiany mineralne, natomiast analiza izotopowa ujawniła procesy karbonatyzacji zachodzące z upływem czasu.

Zastosowania betonu samonaprawiającego się w czasach współczesnych.

Według Masica wyniki wskazują, że Rzymianie przygotowywali spoiwo, biorąc wapno palone, mieląc je do określonych rozmiarów, mieszając na sucho z popiołem wulkanicznym, a następnie dodając wody w celu uzyskania spoiwa.

Naukowcy uważają, że tę wiedzę można wykorzystać we współczesnej produkcji betonu, co stanowi dowód mądrości naszych przodków.

Nowoczesny beton jest jednym z najpopularniejszych materiałów budowlanych na świecie, nie jest jednak zbyt trwały i łatwo ulega zniszczeniu już po kilku dekadach.

Proces produkcyjny szkodzi również środowisku, zużywa zasoby i emituje gazy cieplarniane. Poprawa trwałości betonu mogłaby przyczynić się do jego zrównoważonego rozwoju.

„Sposób, w jaki puste przestrzenie w materiale wulkanicznym są wypełniane poprzez rekrystalizację, jest czymś niesamowitym i chcemy go odtworzyć. Potrzebujemy materiałów, które potrafią się same regenerować” – powiedział Masic.

Source: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khoa-hoc-da-ly-giai-vi-sao-be-tong-la-ma-ben-vung-gan-2000-nam-20251212000408505.htm