STARI Rimljani bili su majstori građevine i inženjerstva, poznati po svojim dugotrajnim akvaduktima. Ta još uvijek funkcionalna čuda oslanjaju se na jedinstveni građevinski materijal: pucolanski beton; spektakularno izdržljiv beton koji je rimskim strukturama davao nevjerojatnu izdržljivost. Čak i danas, nakon 2000 godina, rimski Panteon još uvijek stoji netaknut i drži rekord za najveću svjetsku kupolu od nearmiranog betona.

Svojstva ovog betona obično se pripisuju njegovim sastojcima: pucolanu (mješavini vulkanskog pepela) i vapnu. Kada se pomiješaju s vodom, ova dva materijala stvaraju izdržljiv beton. No, znanstvenici su otkrili da to nije cijela priča. Međunarodni tim stručnjaka pod vodstvom Sveučilišta Massachusetts Institute of Technology (MIT) otkrio je da se ipak radilo o malo drugačijem sastavu, ali i posebnoj tehnici za njihovo miješanje.

Neobični komadići u betonu

Sve je krenulo od bijelih komadića vapna koji su se mogli naći u inače dobro izmiješanom betonu. Prvotno se smatralo da se radilo o lošoj metodi miješanja ili neadekvatnim materijalima, ali se kasnije otkrilo da to nije slučaj, piše Science Alert.

"Uvijek mi je smetala ideja da se prisutnost tih komadića pripisuje niskoj kontroli kvalitete. Ako su Rimljani uložili toliko truda u izradu čvrstog građevinskog materijala, pažljivo se držeći metoda koje su usavršavali stoljećima, zašto bi onda loše pomiješali konačan proizvod?" rekao je Admir Mašić, stručnjak za materijale s MIT-a.

Mašić i njegovi kolege su detaljno analizirali 2000 godina stare uzorke rimskog betona s arheološkog nalazišta Privernum u Italiji. Do sada se pretpostavljalo da su Rimljani pri izradi tog materijala koristili gašeno vapno.

Odnosno da su prvo zagrijavali vapnenac na visokim temperaturama kako bi dobili visoko reaktivni prah koji se zove živo vapno ili kalcijev oksid, koji nakon miješanja s vodom postaje gašeno vapno ili kalcijev hidroksid - malo manje reaktivna smjesa.

Stari Rimljani su nakon toga, kako se pretpostavljalo, gašeno vapno miješali s pucolanom. No stručnjaci su nakon analize ustanovili da ostaci vapna u uzorcima nisu u skladu s ovom metodom. Umjesto toga, vjerojatno su miješali beton izravno s pucolanom i vodom na ekstremno visokim temperaturama; procesom koji se naziva "vruće miješanje", a koji rezultira komadićima vapna u smjesi.

Beton koji se sam popravlja

"Prednosti vrućeg miješanja su dvostruke. Prvo, kada se beton zagrije na visoku temperaturu nastaju reakcije i spojevi kojih nema ako se koristi samo gašeno vapno. Drugo, povišena temperatura značajno smanjuje period stvrdnjavanja i vezivanja jer su sve reakcije ubrzane", kazao je Mašić.

No, postoji još jedna korist od ove metode: vapneni komadići betonu daju izvanredne sposobnosti "samozacjeljivanja". Naime, kada u betonu nastaju pukotine, one prvenstveno dolaze do tih komadića koji imaju veću površinu od ostalih čestica u smjesi.

Nakon što voda uđe u pukotinu, ona reagira s vapnom i stvara otopinu bogatu kalcijem koja se suši i stvrdnjava kao kalcijev karbonat, ponovno lijepi pukotinu i sprječava daljnje širenje. Znanstvenici su testirali svoja otkrića pravljenjem pucolanskog betona prema starim i modernim tehnikama, koristeći živo vapno.

Također su napravili kontrolni beton bez živog vapna i testirali razinu pukotina. Napuknuti beton od živog vapna potpuno je "zacijelio" unutar dva tjedna, dok je kontrolni beton ostao napuknut. Tim sada radi na komercijalizaciji svog, odnosno drevnog, betona kao ekološki prihvatljivije alternative onome koji je trenutno u upotrebi.

Istraživanje naziva Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete objavljeno je u časopisu Science Advances.