Drevni Rimljani bili su majstori zgrade i inženjering, možda najpoznatije predstavljeni akvaduktima. A oni i dalje funkcionalni marveli oslanjaju se na jedinstveni građevinski materijal: Pozzolanski beton, spektakularno izdržljiv beton koji je dao rimske strukture njihove neverovatne snage.
I danas, jedna od njihovih struktura – PANTHEON, i dalje netaknuta i skoro 2.000 godina – drži zapis za najveći na svetu u nelegalnom betonu.
Svojstva ovog betona generalno su pripisana svojim sastojcima: Pozzolana, mešavina vulkanskog pepela – nazvana po italijanskom gradu Pozzuoli, gde se može naći značajan depozit – i kreč. Kada se pomeša sa vodom, dva materijala mogu reagovati da bi proizvele snažan beton.
Ali to, kako se ispostavilo, nije cela priča. U 2023. godini međunarodni tim istraživača na čelu sa tehnologijom Masačusetsa Instituta za tehnologiju (MIT), ne samo da su materijali nešto različiti od onoga što smo možda mislili, ali tehnike ih je takođe drugačija.
Puške pušenja bile su male, bele komade kreča koji se mogu naći u onome što izgleda da je u suprotnom dobro mešovito beton. Prisustvo ovih komada ranije je pripisuje lošem mešanju ili materijalima, ali to nije imalo smisla za naučnike materijala Admira Mašića MIT-a.
„Ideja da je prisustvo ovih vapnih klasta jednostavno pripisuje kontroli sa niskom kvalitetom uvek me smeta“, rekao je Mašić u januaru 2023. godine.
„Ako Rimljani toliko trude napore u davanje izvanrednog građevinskog materijala, prateći sve detaljne recepte koji su bili optimizovani tokom mnogih vekova, zašto bi stavili toliko malo truda u osiguravanje proizvodnje dobro mešovitih finalnih proizvoda ? Tu mora biti više u ovoj priči. „
Mašić i tim, na čelu sa MIT-ovim inženjerom Linda Seimour, pažljivo proučavao 2.000-godišnji uzoraka rimskog betona sa arheološkog mesta Privrenum u Italiji.
Ovi uzorci su podvrgnuti skeniranju velikog područja Elektronska mikroskopija, energetski disperzivna rendgenska spektroskopija, difrakcijom u prahu i konformaljnim ramanom da bi stekli bolje razumevanje vapneskih klasa.
Jedno od pitanja na umu bila je priroda korišćenog lipa. Standardno razumevanje Pozzolanskog betona je da koristi talasarni kreč. Prvo, krečnjak je zagrevan na visokim temperaturama za proizvodnju visoko reaktivnog kaustičnog praha koji se zove Kuicklime, ili kalcijum oksid.
Mešanje Kuicklime sa vodom proizvodi talasaste kreč, ili kalcijum hidroksid: nešto manje reaktivne, manje kaustične paste. Prema teoriji, to je to bilo nalepito vapno koje su drevni Rimljani pomešali sa Pozzolanom.
Na osnovu analize tima, vapne klase u svojim uzorcima nisu u skladu sa ovom metodom. Umesto toga, rimski beton je verovatno napravljen mešanjem Kuicklime-a direktno sa Pozlolanom i vodom na izuzetno visokim temperaturama, samo po sebi ili pored talasaste vapne, proces koji tim zove „vruće mešanje“ to rezultira limenim klasama.
„Prednosti vrućeg mešanja su dvostruko“, rekao je Mašić.
„Prvo, kada se celokupni beton zagreje na visoke temperature, omogućava da se hemistrima nisu moguća ako koristite samo jedinjeve limete, stvarajući jedinjenja povezana sa visokim temperaturama koje inače ne bi u suprotno formirale. Drugo, ova povećana temperatura značajno smanjuje očvršćavanje i podešavanje. Vremena jer se sve reakcije ubrzavaju, omogućavajući mnogo bržu konstrukciju. „
I ima još jednu korist: kreirane klase daju konkretne izvanredne sposobnosti samoizračenja.
Kada se pukotine u betonu, preferencijalno putuju u krečne klaste, koji imaju višu površinu od ostalih čestica u matrici. Kada voda uđe u pukotinu, reaguje sa krečom da formira rešenje bogate kalcijumom koji se suši i očvršćuje kao kalcijum karbonat, lepljenje pukotine zajedno i sprečavajući da se dalje širi dalje.
Ovo je primećeno u betonu sa još 2.000-godišnja stranica, grobnice CAECILIE METELLE, gde su pukotine u betonu ispunjene kalcitom. To bi takođe moglo objasniti zašto je rimski beton iz morskih zidova preradio pre 2.000 godina preživeo je milenijuma netaknuto uprkos stalnom pretučenju okeana.
Dakle, tim je testirao njihove nalaze tako što je kreirao pekolanski beton iz drevnih i modernih recepata koristeći KuickLime. Takođe su napravili kontrolni beton bez brzih i izveli testove pukotine. Dovoljno sigurni da je puknut kuicklime beton bio u potpunosti zaceljen u roku od dve nedelje, ali kontrolni beton je ostao pucanj.
Tim sada radi na komercijalizaciji njihovog betona kao ekološki prihvatljivije alternative trenutnim betonima.
„Uzbudljivo je razmišljati o tome kako bi ove trajne betonske formulacije mogle proširiti ne samo radni vek ovih materijala, već i kako to može poboljšati trajnost betonskih formulacija od 3D štampane“, rekao je Mašić.
