Podczas gdy nasze betonowe konstrukcje często wykazują oznaki zużycia po kilkudziesięciu latach, rzymskie akwedukty czy Koloseum opierają się żywiołom od dwóch mileniów. Wygląda na to, że starożytni mistrzowie budowlani znali sekret, o którym my dopiero się uczymy, bo oto właśnie zespół badaczy z Massachusetts Institute of Technology (MIT), kierowany przez profesora Admira Masica, dotarł do źródła tej niezwykłej trwałości. Przełom nie nastąpił w laboratorium, a w Pompejach, czyli mieście zatrzymanym w czasie przez wybuch Wezuwiusza w 79 roku naszej ery. Odkryty tam doskonale zachowany plac budowy stał się kapsułą czasu, która ujawniła starożytną technologię mieszania zaprawy. Wyniki tych prac, opublikowane 9 grudnia 2025 roku w czasopiśmie Nature Communications, podważają utrwalone przez stulecia przekonania na temat rzymskich metod budowlanych.
Kapsuła czasu z Pompejów ujawnia starożytną technologię. Stanowisko archeologiczne jak otwarta księga
Naukowcy mieli niebywałe szczęście, trafiając na stanowisko oznaczone jako Domus IX 10, 1. Był to bowiem aktywny plac budowy w momencie katastrofy, który został zasypany popiołem wulkanicznym dokładnie w trakcie przygotowywania materiałów. To tak, jakby ktoś zatrzymał czas, pozostawiając wszystko w gotowości do pracy. Na miejscu zachowały się stosy surowców, w tym kamienie wulkaniczne, wapień oraz fragmenty dachówek i ceramiki, a obok nich leżały narzędzia murarskie, takie jak pion, dłuta czy siekiery.
Czytaj też: Odkrycia dekady? Badał tajemnice Księżyca i Marsa, a teraz NASA skierowała go ku Ziemi
Zespół przeprowadził drobiazgową analizę próbek pobranych z różnych etapów prac, bo z surowców przygotowanych do mieszania, z niedokończonej ściany, z ukończonych konstrukcji oraz ze starej zaprawy naprawczej. Następnie sięgnęli po zaawansowane techniki, a wyniki były jednoznaczne i potwierdziły stosowanie techniki, o której wcześniej jedynie spekulowano, całkowicie przecząc dotychczasowym ustaleniom historycznym.
Gorące mieszanie to rewolucyjna technika budowlana starożytnych. Proces był kluczem do trwałości
Okazało się, że Rzymianie stosowali metodę “gorącego mieszania” (hot-mixing), która zasadniczo różni się od współczesnych praktyk. Ich proces był pozornie prosty, ale genialny w swojej skuteczności. Najpierw mielili palony wapień na bardzo drobny proszek, a następnie mieszali go na sucho z popiołem wulkanicznym i innymi składnikami, aby dopiero na końcu dodać do takiej mieszanki wodę. To właśnie dodanie wody do suchej mieszanki zawierającej wapno palone wywoływało gwałtowną reakcję egzotermiczną. Temperatura lokalnie mogła sięgać nawet 200 stopni Celsjusza, powodując, że wysoce reaktywne wapno było uwięzione w materiale w postaci drobnych, białych grudek, zwanych klastrami wapiennymi.
To odkrycie jest sprzeczne z pismami rzymskiego architekta Witruwiusza, który opisywał gaszenie wapna przed zmieszaniem.
Mając wielki szacunek dla Witruwiusza, trudno było zasugerować, że jego opis może być niedokładny. Pisma Witruwiusza odegrały kluczową rolę w pobudzeniu mojego zainteresowania starożytną architekturą rzymską, a wyniki moich badań przeczyły tym ważnym tekstom historycznym – stwierdził Admir Masic, profesor nadzwyczajny MIT.
Co ciekawe, analizy pokazały, że Rzymianie celowo stosowali różne rodzaje wapna. Wapno palone, wykorzystywane w metodzie gorącego mieszania, służyło do elementów konstrukcyjnych, podczas gdy wapno gaszone było stosowane do zapraw naprawczych i wykończeniowych.
Mechanizm samonaprawiania działał przez tysiące lat. Reaktywne grudki wapna wypełniały pęknięcia
Wspomniane reaktywne grudki wapienne, które były rozproszone w całej masie betonu, były sekretem jego długowieczności. Gdy w materiale pojawiało się pęknięcie, bo na przykład pod wpływem naprężeń lub trzęsienia ziemi, to automatycznie woda dostawała się do środka. Wchodziła ona w kontakt z klastrami wapiennymi, które się rozpuszczały. Powstający w ten sposób bogaty w wapń roztwór migrował do szczeliny, gdzie reagował z dwutlenkiem węglem z powietrza, tworząc tym samym nowy kalcyt i tym samym skutecznie zasklepiał uszkodzenie.
Gdyby tego było mało, popiół wulkaniczny, a więc kluczowy składnik rzymskiego betonu, zawierał cząsteczki pumeksu. Te z czasem reagowały chemicznie z roztworem wewnątrz betonu, tworząc nowe złoża mineralne, takie jak kalcyt, aragonit czy amorficzne fazy C-A-S-H. Proces ten (rekrystalizacja) stopniowo wypełniał pory w materiale, czyniąc go z czasem coraz twardszym i mniej przepuszczalnym. W przeciwieństwie do współczesnego betonu, który jest zasadniczo bierny i z czasem tylko się degraduje, materiał Rzymian był dynamiczny i wręcz ewoluował.
Od starożytnego Rzymu do nowoczesnego budownictwa. Czy historia napisze się na nowo?
Odkrycie ma oczywiste i ogromne implikacje dla współczesnego przemysłu budowlanego, który mierzy się z wyzwaniami zrównoważonego rozwoju oraz kosztami utrzymania starzejącej się infrastruktury. Profesor Masic nie poprzestał na publikacji naukowej. Założył firmę DMAT, której celem jest przełożenie starożytnych zasad na nowoczesne, praktyczne rozwiązania. Chodzi nie o ślepe kopiowanie receptury, ale o zrozumienie i adaptację leżących u jej podstaw mechanizmów.
Potencjał jest ogromny. Materiały nowej generacji, inspirowane tą technologią, mogłyby charakteryzować się zdolnością do autodiagnostyki i samonaprawy, znacznie wydłużając żywotność konstrukcji przy jednoczesnym zmniejszeniu śladu węglowego produkcji cementu. Możliwości zastosowań są szerokie – od mostów i falochronów, przez konserwację zabytków, po fundamenty budynków. To pokazuje, jak interdyscyplinarne podejście łączące archeologię z inżynierią materiałową może przynieść praktyczne rozwiązania dla przyszłości.
Patrząc w przyszłość przez pryzmat przeszłości
Historia rzymskiego betonu to fascynująca lekcja pokory. Przez dziesięciolecia uważaliśmy nasze technologie za szczytowe osiągnięcie, a tymczasem okazuje się, że w niektórych aspektach byliśmy wyprzedzeni o dwa tysiąclecia. Oczywiście, współczesne budownictwo ma swoje niewątpliwe zalety, takie jak szybkość wznoszenia czy powtarzalność, ale w kwestii trwałości materiałowej wyraźnie przegrywa. Inną sprawą jest sekret tego, jak Rzymianie wpadli na tego typu mieszankę. Czy był to przypadek? Przejaw geniuszu w czasach, kiedy nauka materiałowa była jedynie ułamkiem dotychczasowych możliwości? Czy może ot lata obserwacji oraz dokładnych testów różnych mieszanek?
Czytaj też: Pięć lat badań ujawniło obcy ekosystem tuż pod nami. Głębiny oceanu skrywają większą tajemnicę niż Mars
Przeniesienie nowych odkryć z laboratorium na plac budowy to długa i wyboista droga. Wymaga bowiem zmiany całych łańcuchów dostaw, norm budowlanych i przyzwyczajeń inżynierów. Koszty wdrożenia na masową skalę na razie pozostają nieznane, ale mimo to samo odkrycie jest niezwykle wartościowe. Przypomina nam, że czasami najlepsze inspiracje można znaleźć nie tylko patrząc w przyszłość, ale także uważnie studiując rozwiązania, które już dawno przetrwały próbę czasu. Być może za kilka dekad nasze mosty i budynki będą żyły tak długo, jak rzymskie akwedukty, ale na razie to wciąż bardziej obietnica niż rzeczywistość.