Starożytni Rzymianie stworzyli samonaprawiający się beton

[KopalniaWiedzy.pl 314]

Wiele starożytnych rzymskich konstrukcji wykonanych jest z betonu, w tym wzniesiony 1900 lat temu Panteon, z największą na świecie niewzmacnianą betonową kopułą. Niektóre z akweduktów są wciąż wykorzystywane. Tymczasem współczesne konstrukcje betonowe rozsypują się po kilku dekadach. Naukowcy od dawna próbują rozszyfrować tajemnice rzymskich inżynierów, badając m.in. falochron, który przetrwał 2000 lat oddziaływania słonej wody. Przez wiele lat sądzono, że rzymski beton jest tak wytrzymały dzięki popiołom wulkanicznym. Okazało się jednak, że posiada on jeszcze jeden – lekceważony dotychczas – składnik.

Naukowcy z MIT, Uniwersytetu Harvarda oraz laboratoriów z Włoch i Szwajcarii przyjrzeli się milimetrowej wielkości fragmentom wapienia, które powszechnie są spotykane w rzymskim betonie. Od kiedy tylko zacząłem pracować z rzymskim betonem, te drobinki mnie fascynowały. Nie występują one we współczesnych betonach, dlaczego więc znajdują się w rzymskich?, mówi profesor Admir Masic z MIT.

Dotychczas sądzono, że obecność tych ziaren to dowód na niedokładne mieszanie materiału przez Rzymian lub też na dodawanie przez nich słabej jakości materiałów. Takie wyjaśnienia nie są jednak przekonujące. Dlaczego Rzymianie, którzy tak dbali o uzyskanie wysokiej jakości materiału budowlanego i przez wieku udoskonalali jego recepturę, mieliby niedbale wszystko ze sobą mieszać?

Naukowcy od dawna sądzą, że gdy Rzymianie dodawali wapno do swojego betonu, najpierw łączyli je z wodą, uzyskując – w procesie gaszenia wapna – konsystencję pasty. Jednak w wyniku takiego procesu nie powstawałyby drobinki.

Gdy teraz uczeni szczegółowo zbadali lekceważone dotychczas drobinki zauważyli, że rzeczywiście jest to wapno, ale zostało ono poddane działaniu wysokich temperatur, których można spodziewać się po wykorzystaniu tlenku wapnia zamiast, lub obok, wapna gaszonego. Autorzy najnowszych badań uważają, że to mieszanie na gorąco nadało rzymskiemu betonowi jego wyjątkową wytrzymałość. Takie mieszanie ma dwie zalety. Po pierwsze, gdy cały beton jest podgrzewany do wysokich temperatur, zachodzą procesy chemiczne, które nie mają miejsca, gdy używa się tylko wapna gaszonego, w wysokich temperaturach powstają związki, jakie nie pojawiają się w innych procesach. Po drugie, wysokie temperatury skracają czas wiązania, gdyż wszystkie reakcje ulegają przyspieszeniu, zatem można znacznie szybciej wznosić budowle, wyjaśnia Masic.

Podczas mieszania na gorąco, drobinki skał wapiennych zmieniają swoją strukturę tak, że powstaje reaktywne, łatwo rozdzielające się źródło wapnia. Gdy w tak uzyskanym betonie dochodzi z czasem do pęknięć, w które wnika woda, wspomniane drobinki reagują z nią, tworząc nasycony wapnem roztwór. Ten szybko rekrystalizuje lub wchodzi w reakcje z popiołami wulkanicznymi wypełniając pęknięcie i wzmacniając całość. Reakcje takie zachodzą automatycznie i spontanicznie, dzięki czemu pęknięcia w betonie są naprawiane, zanim się rozprzestrzenią.

Naukowcy, by sprawdzić swoją hipotezę, stworzyli próbki mieszanych na gorąco betonów według receptury starożytnej i współczesnej. Następnie doprowadzili do ich popękania i przepuścili przez pęknięcia wodę. Po dwóch tygodniach beton, w którym zastosowano mikrodrobinki wapna, samodzielnie się naprawił i woda przestała płynąć przez szczeliny.

« powrót do artykułu