Rzymski beton

Współczesne konstrukcje betonowe pod wpływem różnorodnych czynników ulegają niszczeniu, pękają, wymagają ciągłego monitorowania ich stanu i przeprowadzania niezbędnych napraw. Co sprawiło, że wiele budowli sprzed 2000 lat ma się dobrze? Z czego zbudowano kopułę Panteonu – największy obiekt z betonu niezbrojonego, który przetrwał nienaruszony do dzisiaj? Szczególnie zastanawiająca dla naukowców była dobra kondycja akweduktów i konstrukcji portowe czy falochronów, poddawanych dodatkowo niszczącej działalności wody.

Rzymski beton - skład

Z pomocą przyszły nowoczesne technologie badawcze. Przy pomocy spektroskopii ramanowskiej i dyfrakcji rentgenowskiej analizie poddano próbki starożytnych konstrukcji, aby ocenić ich skład chemiczny i poznać procesy, które wydają się konserwować starożytne budowle i powodować, że z czasem stają się one nawet mocniejsze.

Rzymski cement

Beton używany był w Asyrii ok. 200 lat przed naszą erą. Do jego produkcji używano piasku i drobnych kamieni łączonych z zaprawą wapienną. Dodawano do niego naturalnie występujące na tym terenie pucolany, czyli pyły lub drobne popioły pochodzenia wulkanicznego. Do rozrabiania betonu używano wody morskiej.

Po dokonaniu dogłębnych analiz szczególną rolę przypisano pyłowi wulkanicznemu, jednemu ze składników rzymskiego betonu. To rodzaj materiału pucolanowego, występujący w okolicy Pozzuoli nad Zatoką Neapolitańską.

Zwrócono także uwagę na milimetrowej wielkości białe drobinki, wszechobecnie występujące w produkowanym w tamtych czasach betonie. Początkowo uznano je za złej jakości materiał użyty to produkcji betonu lub dowód na niechlujny, niedokładny sposób przygotowania mieszanki.

Właściwości rzymskiego betonu

Stwierdzono jednak, że te niewielkie białe struktury to klastry wapienne, które tworzą kruchą architekturę cząsteczkową stanowiącą źródło wapnia, umożliwiającego betonowi samoleczenie. Zachodzące reakcje chemiczne umożliwiające powstanie wspomnianych struktur przypisano użyciu wapna palonego. Wysoka temperatura pozwoliła na powstanie związków, które w innym procesie by się nie utworzyły. Powstające podczas mieszania na gorąco klastry wapienne tworzą kruche struktury, które w momencie pękania stanowią źródło wapnia. Materiał ten wchodząc w reakcję z przesączającą się wodą tworząc nasycony wapnem roztwór, który może ponownie skrystalizować się pod postacią węglanu wapnia. Powstała struktura wypełnia powstałą lukę lub wchodzi w reakcję z materiałami pucolanowymi, dodatkowo wzmacniając strukturę.

Te właściwości zaobserwował już rzymski naukowiec Pliniusz Starszy, który stwierdził, że beton, „jak tylko wejdzie w kontakt z falami morza i jest zanurzony, staje się pojedynczą masą kamienną, niepokonaną przez fale i każdego dnia silniejszą”.

Na potwierdzenie tej teorii przeprowadzono badanie z wykorzystaniem współczesnego betonu oraz rzymskiej formuły. Wymuszono pęknięcia struktury, a następnie doprowadzono w to miejsce wodę. Rzymski beton potrzebował dwóch tygodni na regenerację. Współczesny w ogóle nie zareagował na taki proces.

Oznacza to, że w przeciwieństwie do współczesnego betonu opartego na cemencie, starożytni stworzyli beton przypominający skałę, która dojrzewa w otwartej wymianie chemicznej z wodą morską, przyczyniając się do powstawania trwałych, odpornych, samonaprawiających się konstrukcji wodnych.