Старите Римјани биле мајстори за градење и инженерство, можеби најпознато претставени со аквадуктите. А тие сè 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 тие структури – Пантеон, сè уште недопрена и стара речиси 2.000 години – го држи рекордот за најголема купола во светот од неармиран бетон, пишува ScienceAlert.
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 најдaт значителни количини од него – и вар. Кога се мешаат со вода, двата материјали можат да реагираат и да произведат силен бетон.
Но, тоа, како што се испостави, не е целата приказна. Во 2023 година, меѓународен тим на истражувачи предводен од Технолошкиот институт во Масачусетс (МИТ) откри дека не само што материјалите се малку поинакви од она што можеби го мислевме, туку и техниките што се користат за нивно мешање се различни.
Иницијација беа мали, бели парчиња вар што може да се најдат во нешто што изгледа инаку како добро измешан бетон. Присуството на овие парчиња претходно се припишуваше на лошо мешање, но тоа немаше смисла за научникот за материјали Адмир Машиќ од МИТ.
„Идејата дека присуството на овие варови класти едноставно се припишува на ниската контрола на квалитетот секогаш ми пречеше. Ако Римјаните вложиле толку многу напор за да направат извонреден градежен материјал, следејќи ги сите детални рецепти кои биле оптимизирани во текот на многу векови, зошто би вложиле толку малку труд за да обезбедат производство на добро измешан финален производ Мора да има повеќе во оваа приказна“, рече Машиќ во јануари 2023 година.
Машиќ и тимот, 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 конфокално Раманско снимање за да се добие подобро разбирање на варовите класти.
Едно од прашањата беше природата на употребената вар. Стандардното разбирање за позоланскиот бетон е дека користи гасена вар. Прво, варовникот се загрева на високи температури за да се произведе високо реактивен каустички прав наречен жив вар или калциум оксид.
Со мешање на жива вар со вода се добива гасена вар или калциум хидроксид: малку помалку реактивна, помалку каустична паста. Според теоријата, токму оваа гасена вар ја мешале старите Римјани 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. 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 стврднувањето и стврднувањето пати бидејќи сите реакции се забрзани, што овозможува многу побрза градба“, рече Машиќ.
И има уште една придобивка: варовите класти му даваат на бетонот извонредни способности за самолекување.
Кога се формираат пукнатини во бетонот, тие преферирано патуваат до варовите класти, кои имаат поголема површина од другите честички во матрицата. Кога водата ќе влезе во пукнатината, таа реагира со варта за да формира раствор богат со калциум кој се суши и се стврднува како калциум карбонат, прилепувајќи ја пукнатината повторно заедно и спречувајќи ја да се шири понатаму.
Ова е забележано во бетон од друга локација стара 2.000 години, гробницата на Кецилија Метела, каде пукнатините во бетонот се полни со калцит. Исто така, може да се објасни зошто римскиот бетон од морските ѕидови изградени пред 2.000 години преживеал недопрен со милениуми и покрај постојаното изложување во океанот.
Така, тимот ги тестирал своите наоди со правење позолански бетон од древни и модерни рецепти користејќи жива вар. Направиле и контролен бетон без жива вар и извршиле испитувања на пукнатини. Секако, испуканиот безжичен 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 прошират не само работниот век на овие материјали, туку и како би можеле да ја подобрат издржливоста на 3Д-печатените бетонски формулации“, рече Масиќ.
Истражувањето е објавено во јануари 2023 година во Science Advances.
Подготви: Ј. Ѓ.
