Stari Rimljani so veljali za prave mojstre gradbeništva, saj so zgradili obsežne mreže cest, akvaduktov in pristanišč, katerih ostanki so preživeli skoraj dve tisočletji. Mnoge od teh gradenj so postavili iz betona. Slavni rimski Panteon, posvečen leta 128, stoji še danes praktično nedotaknjen, njegova kupola pa predstavlja največjo kupolo iz nearmiranega betona na svetu. Nasprotno pa številne sodobne betonske zgradbe začnejo kazati znake propadanja že po nekaj desetletjih. Znanstveniki so desetletja poskušali odkriti skrivnost izjemne trajnosti tega materiala, zlasti v objektih, izpostavljenih najtežjim pogojem. Skupina raziskovalcev z ameriških univerz MIT in Harvard ter iz laboratorijev v Italiji in Švici je naredila ključen korak naprej pri raziskovanju, zakaj je tako, poroča portal MIT News. Odkrili so, da so Rimljani uporabljali postopke, ki so materialu dali sposobnost »samoceljenja«.
Genialna rešitev, ki so jo imeli za napako
Rezultate raziskave so objavili pri znanstveni reviji Science Advances. Med avtorji izstopa tudi profesor gradbeništva in okoljskega inženirstva z MIT Admir Masic. Dolgo je veljalo prepričanje, da ključ do trajnosti rimskega betona predstavlja material, kot je vulkanski pepel z območja Pozzuolija v Neapeljskem zalivu. Vendar so raziskovalci pri podrobnem pregledu vzorcev opazili tudi majhne, svetlo bele mineralne delce. Te apnenčaste grudice so strokovnjaki dolgo imeli za posledico površnega mešanja ali uporabe nekakovostnih surovin.
»Odkar sem začel preučevati starodavni rimski beton, so me te grudice vedno fascinirale. V sodobnih formulacijah betona jih ne najdemo, zakaj so torej prisotne v starodavnih materialih?« je dejal Masic. Nova raziskava razkriva, da so prav ti delci betonu dajali doslej neprepoznano sposobnost samozdravljenja. »Vedno me je motila misel, da prisotnost teh apnenčastih grudic pomeni zgolj posledico slabega nadzora kakovosti. Če so se Rimljani toliko trudili ustvariti izjemen gradbeni material, zakaj bi tako malo pozornosti namenili dobremu mešanju?«
»Vroče mešanje« kot ključ do izjemne trajnosti
Do zdaj so strokovnjaki predvidevali, da so apno pred dodajanjem v beton mešali z vodo v postopku, znanem kot gašenje apna. Vendar ta proces ni pojasnil prisotnosti grudic. Masic je zato postavil hipotezo, da so Rimljani morda uporabljali apno neposredno v njegovi bolj reaktivni obliki, znani kot živo apno. Spektroskopska analiza je potrdila, da so grudice nastale pri izjemno visokih temperaturah, ki nastanejo kot posledica eksotermne reakcije pri uporabi živega apna. Raziskovalci so sklenili, da je tako imenovano vroče mešanje predstavljalo ključ za izjemno trajnost.
»Prednosti vročega mešanja sta dve. Prvič, segrevanje celotne zmesi omogoča kemijske reakcije, ki sicer ne bi bile mogoče. Drugič, povišana temperatura bistveno skrajša čas strjevanja, kar pospeši gradnjo,« je pojasnil Masic. Med tem postopkom se v apnenčastih grudicah razvije krhka nanostruktura, ki deluje kot zaloga kalcija. Ko v betonu nastanejo razpoke, te potekajo skozi grudice. Material nato reagira z vodo in ustvari z raztopino nasičen kalcij, ki se rekristalizira kot kalcijev karbonat ter hitro zapolni razpoko.
Od antičnega znanja do sodobne tehnologije
Da bi dokazali svojo teorijo, so znanstveniki izdelali vzorce betona z vročim mešanjem po antičnih in sodobnih recepturah. V vzorcih so namerno povzročili razpoke in skoznje spustili vodo. V dveh tednih so se razpoke v betonu, narejenem po rimskem postopku, popolnoma zacelile. Enak kos betona, izdelan brez živega apna, se ni obnovil. Po uspešnih preizkusih si pri raziskovalni ekipi zdaj prizadevajo za komercializacijo tega materiala. Masic je soustanovil podjetje DMAT, da bi na trg pripeljal sodoben beton, izdelan po rimskem vzoru.
Raziskovalec upa, da bi podaljšanje življenjske dobe zgradb in razvoj lažjih oblik betona lahko pripomogla k zmanjšanju škodljivega vpliva proizvodnje cementa na okolje. Ta industrija namreč trenutno povzroča približno osem odstotkov vseh svetovnih emisij toplogrednih plinov. Takšne izboljšave bi skupaj z drugimi novimi formulacijami, kot je beton, ki absorbira ogljikov dioksid, lahko pomagale zmanjšati globalni podnebni vpliv betona.
