Старите Римјани биле мајстори во градежништвото и инженерството, што можеби е најпрепознатливо по аквадуктите. А тие се уште функционални чуда се потпираат на уникатен градежен материјал: позолански бетон, спектакуларно издржлив бетон кој на римските структури им ја дал неверојатната сила.
Дури и денес, една од нивните структури – Пантеон, сè уште недопрена и стара речиси 2.000 години – го држи рекордот за најголема купола во светот од неармиран бетон.
Својствата на овој бетон генерално се припишуваат на неговите состојки: позолана, мешавина од вулканска пепел – именувана по италијанскиот град Поцуоли, каде што може да се најде значајно наоѓалиште од него – и вар. Кога ќе се измешаат со вода, двата материјали можат да реагираат за да произведат силен бетон.
Но, тоа, како што се испостави, не е целата приказна, пишува „Сајанс алерт“. Меѓународен тим на истражувачи предводен од Технолошкиот институт во Масачусетс (МИТ) откри дека не само што материјалите се малку поинакви од она што можеби сме го мислеле, туку и техниките што се користат за нивно мешање биле различни.
Адмир Машиќ од МИТ и тимот истражувачи, предводен од градежниот инженер од МИТ, Линда Сејмур, внимателно проучувале примероци од римски бетон стари 2.000 години од археолошкиот локалитет Привернум во Италија. Овие примероци беа подложени на електронска микроскопија за скенирање на голема површина и спектроскопија со рендгенски зраци со дисперзивна енергија, дифракција на рендгенски зраци во прав и конфокални Раманови слики за да се добие подобро разбирање за варовите класти.
Едно од прашањата што ги интересираше научниците беше природата на користениот вар. Стандардното разбирање за позоланскиот бетон е дека се користи гасена вар. Прво, варовникот се загрева на високи температури за да се добие високо реактивен каустички прав наречен жив вар или калциум оксид.
Мешањето на живиот вар со вода произведува гасена вар или калциум хидроксид: малку помалку реактивна, помалку каустична паста. Според теоријата, старите Римјани ја мешале оваа гасена вар со позоланата.
Врз основа на анализата на тимот, варовите класти во нивните примероци не се конзистентни со овој метод. Наместо тоа, римскиот бетон веројатно бил направен со директно мешање на живата вар со позоланата и водата на екстремно високи температури, сам по себе или како додаток на гасена вар, процес што тимот го нарекува „жешко мешање“, што резултира со варови класти.
„Придобивките од топлото мешање се двојни“, вели Машиќ.
„Прво, кога целокупниот бетон се загрева на високи температури, тој дозволува хемикалии кои не се можни ако користите само гасена вар, произведувајќи соединенија поврзани со висока температура кои инаку не би се формирале. Второ, оваа зголемена температура значително го намалува времето на стврднување и зацврстување, бидејќи сите реакции се забрзуваат, што овозможува многу побрза градба“.
И има уште една придобивка: варовите класти му даваат на бетонот извонредни способности за „самозаздравување“.
Кога се формираат пукнатини во бетонот, тие преферирано патуваат до варовите класти, кои имаат поголема површина од другите честички во матрицата. Кога водата ќе навлезе во пукнатината, таа реагира со вар за да формира раствор богат со калциум кој се суши и се стврднува како калциум карбонат, прилепувајќи ја пукнатината повторно заедно и спречувајќи ја понатаму да се шири.
Ова е забележано во бетон од друга локација стара 2.000 години, гробницата на Сесилија Метела, каде пукнатините во бетонот се полни со калцит. Исто така, може да се објасни зошто римскиот бетон, користен пред повеќе од 2.000 години, опстојува недопрен со милениуми и покрај постојаните удари на морските бранови.
Така, тимот ги тестирал своите наоди со правење позолански бетон од древни и модерни рецепти користејќи жива вар. Направиле и контролен бетон без вар и вршеле испитувања на пукнатини. Секако, испуканиот неармиран варов бетон беше целосно „заздравен“ во рок од две недели, но контролниот бетон остана напукнат.
Тимот сега работи на комерцијализација на нивниот бетон како поеколошка алтернатива на сегашните бетони.
„Возбудливо е да се размислува за тоа како овие поиздржливи бетонски формулации би можеле да го зголемат не само работниот век на овие материјали, туку и како би можеле да ја подобрат издржливоста на 3Д-печатените бетонски формулации“, вели Машиќ.
Истражувањето е објавено во „Сајанс Адвансес“ (Science Advances).
Подготви: Софија Саздовска
