Postoji pravilo koje važi za gotovo sve građevinske materijale, vrijeme ih neizbježno troši. Čak i najizdržljivije konstrukcije vremenom pucaju, slabe i propadaju. Međutim, beton koji su koristili stari Rimljani ponaša se potpuno drugačije.
Naučnici već dugo znaju da rimski beton, umjesto da vremenom gubi svoja svojstva, nastavlja postajati sve čvršći. Dosadašnja istraživanja pokazala su da je glavni razlog hemijska reakcija između vulkanskog pepela, poznatog kao pucolan, i živog kreča. Tokom tog procesa nastaju izuzetno otporni minerali koji betonu osiguravaju nevjerovatnu dugotrajnost.
Sada su naučnici otkrili da to nije cijela priča.
Novo istraživanje pokazalo je da važnu ulogu imaju i spore, ali neprekidne reakcije ugljendioksida iz atmosfere.
„Iako je pucolanska reakcija od suštinskog značaja, naši nalazi ukazuju na to da karbonizacija tokom dugog vremenskog perioda također povećava trajnost betona i pomaže mu da starenjem sam zatvara pukotine“, rekao je inžinjer Paulo Monteiro sa Univerziteta Kalifornije u Berkeleyju.
Otkriće, objavljeno u naučnom časopisu „Science Advances“, pruža novi uvid u izuzetne inžinjerske sposobnosti starih Rimljana, čak i kada je riječ o objektima koji su služili sasvim običnim namjenama.
Od Panteona do Hadrijanovog toaleta
Jedna od najvećih fascinacija rimskim graditeljstvom jeste činjenica da su brojne građevine preživjele gotovo dva milenija, dok su mnogi drugi objekti iz istog perioda odavno nestali.
Najpoznatiji primjer je Panteon u Rimu, hram star približno 2.000 godina, čija je ogromna kupola od nearmiranog betona i danas najveća konstrukcija te vrste na svijetu.
Međutim, kako bi otkrili nove tajne rimskog betona, Monteiro, koautorica istraživanja Xiaohong Zhu s Pekinškog univerziteta za tehnologiju i njihove kolege nisu uzorak tražili u Panteonu, već na mnogo manje očekivanom mjestu.
U drugom stoljeću nove ere rimski car Hadrijan izgradio je svoju raskošnu vilu u Tivoliju u Italiji. Veliki dio tog kompleksa očuvan je i danas.
Upravo su tamo istraživači uzeli mali uzorak betona iz zajedničkog toaleta koji je nekada služio stanovnicima carske vile.
Koristeći niz savremenih tehnika snimanja visoke rezolucije, analizirali su uzorak sve do nanometarskog nivoa.
Kao što su očekivali, pronašli su dokaze pucolanske reakcije, odnosno procesa tokom kojeg vulkanski pepeo i kreč stvaraju izuzetno otporne minerale unutar betona.
Međutim, otkrili su i nešto čemu ranija istraživanja nisu posvećivala dovoljno pažnje.
Tokom stoljeća ugljendioksid iz atmosfere reagovao je s 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, njegovi kristali postepeno su ispunjavali sitne pore i pukotine, čineći beton gušćim i čvršćim, dok su istovremeno zatvarali oštećenja koja bi se inače širila.
Ranija istraživanja jesu otkrila prisustvo kalcita u rimskom betonu, ali njegova trodimenzionalna struktura i raspored unutar materijala do sada nisu bili detaljno analizirani.
Novi put prema održivijem betonu
Naučnici smatraju da je uloga kalcita u izuzetnoj dugotrajnosti rimskog betona do sada bila potcijenjena. To ne znači da on zamjenjuje dobro poznatu pucolansku reakciju, već da djeluje zajedno s njom i dodatno povećava otpornost materijala.
Istraživači već godinama pokušavaju razviti savremene verzije rimskog betona.
Karbonizacija je prirodan proces koji se odvija u betonskim mješavinama na bazi kreča, bez obzira na to proučava li se njena uloga. Međutim, bolje razumijevanje tog mehanizma moglo bi naučnicima omogućiti razvoj betona koji će duže trajati, a istovremeno imati manji utjecaj na okoliš.
„Razumijevanje načina na koji dinamika kristalizacije kalcij-karbonata povezuje beton i doprinosi njegovoj dugoročnoj trajnosti moglo bi pružiti nove uvide u mineralošku evoluciju i prirodnu karbonizaciju krečnih veziva“, rekao je Monteiro.
Od Panteona do skromnog toaleta u Hadrijanovoj vili, rimske građevine i nakon dvije hiljade godina predstavljaju izuzetne primjere materijala koji je uspio ostati konstrukcijski stabilan.
Ipak, autori istraživanja naglašavaju da savremena gradnja ne može jednostavno kopirati rimske metode.
Današnje građevine postavljaju mnogo veće zahtjeve pred građevinske materijale, a armirani beton suočava se s problemom koji stari Rimljani nisu imali, korozijom čelične armature ugrađene u konstrukcije.
Novi rezultati ipak bi mogli pomoći naučnicima u razvoju dugotrajnijih i održivijih vrsta betona.
„Ovo istraživanje pokazuje kako proučavanje drevnih inžinjerskih tehnika može dovesti do važnih otkrića“, poručio je Monteiro.
„Nadamo se da ćemo, otkrivajući rimske tajne povećanja trajnosti betona, jednog dana uspjeti razviti održiviju savremenu infrastrukturu.“