Za śledztwem w tej sprawie stoją przedstawiciele kilku różnych instytucji badawczych, ze Stanów Zjednoczonych, Włoch i Szwajcarii. Po trwających dziesiątki lat badaniach prawdopodobnie udało im się ustalić, z czego wynikała wyjątkowa wytrzymałość konstrukcji budowanych z użyciem rzymskiego betonu. Wyciągnięte przez naukowców wnioski są już dostępne na łamach Science Advances.
Czytaj też: Najwytrzymalszy materiał na Ziemi wykazuje nietypowe właściwości
Podstawę tego starożytnego cementu okazał się stanowić popiół wulkaniczny z okolic Pozzuoli, nad Zatoką Neapolitańską. Materiał ten był na tyle przydatny, że transportowano go przez całe Cesarstwo, by później używać go w budownictwie. Z dokumentacji sporządzonej przez ówczesnych architektów wynikało, iż popiół ten odgrywał kluczową rolę w wytwarzaniu cementu, a następnie betonu.
Poza tym członkowie zespołu zwrócili uwagę na niewielkich rozmiarów jasne składniki wytwarzane z wapna. Jako że nie występują one we współcześnie stosowanych formułach, to ich wykorzystywanie w starożytności było co najmniej zastanawiające. Przez długi czas naukowcy sądzili, iż obecność tych tajemniczych składników była dziełem przypadku i nie odgrywały one istotniejszej roli, a już na pewno nie umieszczano ich w mieszaninie celowo.
Rzymski beton prawdopodobnie zawierał palone wapno
Jedna z hipotez zakładała, że zanim do środka dawano wapno, musiało ono być wcześniej połączone z wodą. Ostatecznie badacze zasugerowali jednak, że Rzymianie mogli używać wapna palonego, czyli jego bardziej reaktywnej formy. Mieszanie musiało odbywać się w bardzo wysokich temperaturach, co potwierdziły współczesne analizy.
Korzyści z mieszania na gorąco są dwojakie. Po pierwsze, gdy cement jest podgrzewany do wysokiej temperatury, umożliwia to zachodzenie reakcji, które nie są możliwe, jesli używa się tylko wapna gaszonego, produkując związki związane z wysoką temperaturą, które w przeciwnym razie nie tworzyłyby się. Po drugie, ta podwyższona temperatura znacznie skraca czas utwardzania i wiązania, ponieważ wszystkie reakcje są przyspieszone, co pozwala na znacznie szybsze budowanie. wyjaśnia Admir Masic z MIT
Nanocząsteczki tworzące się w tym procesie mogły zapewniać rzymskiemu betonowi zdolność do samonaprawy. Kiedy pojawiały się w nim pęknięcia, możliwe było ich szybkie naprawianie. W jaki sposób? Materiał, wchodząc w reakcje z wodą, tworzył roztwór nasycony wapniem, który rekrystalizował się jako węglan wapnia i szybko wypełniał szczeliny bądź wzmacniał całą strukturę. Aby przekonać się, czy taka hipoteza faktycznie mogła być zgodna z prawdą, naukowcy stworzyli dwie betonowe konstrukcje: jedną z dodatkiem wapna palonego, a druga bez tego składnika. Po dwóch tygodniach okazało się, że pęknięcia pojawiające się w “rzymskim” betonie samoczynnie znikały – w przeciwieństwie do obecnej formuły.
