Jedno od najvećih čuda starog Rima je bio beton: Građevine stoje 2.000 godina i same se obnavljaju

Dugovječnost ovih građevina može se uvelike pripisati rimskom betonu. Ali što rimski beton čini tako posebnim? Što je to u ovom materijalu što je omogućilo građevinama da stoje hiljadama godina?

Istraživači još uvijek zbunjuju pitanje kako je tačno rimski beton napravljen, ali imaju nekoliko tragova, uključujući mnoge njegove sastojke i to da se sam obnavlja kada pada kiša.

Moderni beton počinje s cementom, koji je fini prah koji se pretvara u pastu kada se pomiješa s vodom. Ključni sastojak cementa je sedimentna stijena vapnenac, koja se uglavnom sastoji od kalcijevog karbonata, spoja koji se nalazi i u prirodnom svijetu, uključujući jaja i školjke. Vapnenac se miješa s drugim materijalima, poput gline, a zatim zagrijava u peći na 1482 stepeni celzija kako bi se dobio materijal nazvan klinker. Mljevenjem klinkera, kao i nekih aditiva, u fini prah dobiva se cement.

Danas se najčešće korišteni cement naziva portland cement.

Ovisno o okruženju, konstrukcije od portland cementa imaju vijek trajanja od 75 do 100 godina, prema Somayeh Nassiri, vanrednoj profesorici građevinarstva i inženjerstva okoliša na Univerzitetu Kalifornija u Davisu. Beton se očito promijenio od svoje upotrebe u rimsko doba, ali istina je da se mijenja od svog izuma.

Upotreba materijala sličnih betonu datira još iz 6500. godine prije Krista. Sirijci iz kamenog doba slučajno su razvili anorganski građevinski spoj poznat kao vapno korištenjem svojih jama za vatru, koje su vjerojatno zagrijavale okolne stijene u primitivnoj verziji modernog procesa poznatog kao kalcinacija.

U međuvremenu, Maje u Mezoamerici oko 1100. godine prije Krista razvile su prekursore betona koristeći živo vapno, koje nastaje zagrijavanjem vapnenca na visoke temperature, oslobađajući ugljikov dioksid i mijenjajući kalcijev karbonat u kalcijev oksid, rekao je Nassiri.

Ali rimski beton bio je jedinstvena mješavina i činio je čuda.

"Beton je izgradio carstvo", rekao je za Live Science Kevin Dicus, vanredni profesor klasičnih znanosti na Univerzitetu Oregon. Prema Dicusu, Rimljani su koristili svoj beton još u trećem stoljeću prije Krista.

Tajna rimskog betona

Tajne rimskog betona proizlaze i iz njegovih sastojaka i iz metoda njihovog miješanja.

Jedna "prekretnica", prema Dicusu, bio je pucolan ili pepeo. Rimljani su koristili pepeo iz vulkanskih naslaga talijanskog grada Pozzuolija i slali ga po cijelom carstvu.

Danas pucolan uključuje plovućac i leteći pepeo, koji je nusprodukt izgaranja ugljena. Silicijev dioksid i aluminijev oksid u pepelu reagiraju s vapnom i vodom u pucolanskoj reakciji na sobnoj temperaturi, što rezultira jačim i dugotrajnijim betonom. Pucolan se također koristi za izradu hidrauličkog cementa, koji se može stvrdnuti pod vodom.

Drugi ključni sastojak su klasti vapna ili mali komadići živog vapna, rekao je Dicus. Ovi klasti daju rimskom betonu sposobnost samoobnavljanja.

Beton s vremenom atmosferilira i slabi, ali voda može prodrijeti u njegove pukotine i doći do klastova. Kada reaguju s vodom, klasti stvaraju kristale zvane kalciti koji ispunjavaju pukotine. Na taj način, rimski beton može se sam zacijeliti. Na primjer, 2000 godina stara grobnica Cecilije Metele u blizini Rima pokazuje pukotine ispunjene kalcitom, što sugeriše da je u nekom trenutku od izgradnje voda aktivirala klastite unutar betona.

Tim istraživača s MIT-a ilustrirao je učinak klastova u studiji iz 2023. objavljenoj u časopisu Science Advances. Analizirali su rimski beton skenirajućim elektronskim mikroskopima i rendgenskim zrakama kako bi vidjeli što ga čini čvrstim i razumjeli kako je napravljen, dok su Rimljani, čini se, intuitivno naslutili ovo inženjersko čudo.

"Je li ovo bila samo sretna slučajnost ili su zapravo znali što rade?", razmišljao je Dicus.

Rimljani su također koristili metodu poznatu kao vruće miješanje, koja uključuje kombiniranje živog vapna s pucolanom, vodom i drugim sastojcima, a zatim njihovo zagrijavanje. Tim s MIT-a otkrio je da ova metoda pomaže u otključavanju sposobnosti samoobnavljanja klastova vapna i može rezultirati bržim stvrdnjavanjem od cementa napravljenog otopinom živog vapna i vode koja se naziva gašeno vapno, što je, prema Dicusu, danas norma.

Istraživači još uvijek istražuju rimski beton.

"Još uvijek otkrivamo neke od metoda koje su koristili za miješanje i pripremu materijala", rekao je Nassiri.

U svom trenutnom procesu miješanja, portland cement ne dopušta stvaranje vapnenih klastova, objasnio je Dicus. Klinker proizveden u peći melje se u fini prah, uništavajući sve potencijalne klaste. Nasuprot tome, kada su Rimljani vjerojatno vruće miješali živo vapno, pepeo i vodu, klasti su ostali "kao male inkluzije u cementu", rekao je.

Bez obzira jesu li Rimljani razumjeli punu briljantnost svog recepta za cement, njegova veličina sjaji kroz njegovu dugovječnost. Čak i danas, nema ništa slično dodirivanju rimskog zida.

"Ovo je staro 2000 godina i jednako je tvrdo kao i na dan kada je izliveno", rekao je Dicus.