Stari Rimljani bili su nadaleko poznati po svojim inženjerskim dostignućima, razgranatoj mreži cesta, akvadukta, luka i masivnih građevina čiji su ostaci netaknuti sve do danas. Mnoge od ovih poznatih građevina izgrađene su od betona: Panteon u Rimu, izgrađen oko 126.-128. godine nove ere, najveća je kupola od nearmiranog betona na svijetu i još uvijek je nepromijenjena. Mnoge druge drevne rimske građevine također su izdržale test vremena u različitim klimatskim uvjetima, potresnim zonama, pa čak i u izravnom kontaktu s morskom vodom. Međutim, mnogi moderni betonski uzorci urušili su se nakon samo nekoliko desetljeća, što je navelo znanstvenike diljem svijeta da se zapitaju što čini ovaj drevni građevinski materijal tako jakim, prenosi Designboom.
Međunarodna skupina istraživača predvođena Massachusetts Institute of Technology (MIT) rasvijetlila je ovu misteriju ostvarivši značajan napredak u razumijevanju komponenti iznimno izdržljivog betona i otkrivši prethodno zanemarenu sposobnost "samoizlječenja".
TAJNI SASTOJAK SA SPOSOBNOSTIMA "SAMOIZLJEČENJA"
Istraživači su dugo vremena mislili da je trajnost drevnog betona posljedica jednog sastojka: pucolanskog materijala koji potječe iz područja Pozzuoli u Napulju. Nakon detaljnijeg pregleda, studijski tim, predvođen MIT-om, uključujući istraživače iz Sjedinjenih Država, Italije i Švicarske, otkrio je da ti drevni uzorci također sadrže male bijele komadiće zvane ‘vapnene klaste‘, za koje se dugo znalo da su sveprisutna komponenta rimskog betona.
"Otkako sam prvi put počeo raditi s antičkim rimskim betonom, uvijek sam bio fasciniran ovim značajkama", kaže profesor građevinarstva i inženjerstva okoliša na MIT-u Admir Mašić. "Ovi se ne nalaze u modernim formulacijama betona, pa zašto su prisutni u tim drevnim materijalima?"
Ranije su se bijele grudice zanemarivale kao dokaz neuredne prakse miješanja ili sirovina niske kvalitete. Međutim, nova studija sugerira da su te sićušne grudice ono što je betonu dalo sposobnost samoiscijeljenja. "Ideja da se prisutnost tih vapnenih čestica jednostavno pripisuje lošoj kontroli kvalitete uvijek me smetala", kaže Mašić. "Ako su Rimljani uložili toliko truda u izradu izvanrednog građevinskog materijala, slijedeći sve detaljne recepte koji su optimizirani tijekom mnogih stoljeća, zašto bi uložili tako malo truda da osiguraju proizvodnju dobro izmiješanog konačnog proizvoda ? Mora biti više u ovoj priči."
POSTUPAK "VRUĆEG MIJEŠANJA"
Dok se studija nastavljala, Mašić se pitao "Je li moguće da su Rimljani zapravo izravno koristili vapno u njegovom reaktivnijem obliku, poznatom kao živo vapno?" Kada su on i njegov tim analizirali uzorke ovog drevnog betona, otkrili su da bijele inkluzije sastoje se od raznih oblika kalcijevog karbonata. Na temelju spektroskopskog pregleda tima, čini se da je rimski beton vjerojatno napravljen miješanjem kalcijevog karbonata s pucolanskim materijalom i vodom na vrlo visokim temperaturama, proces koji se naziva "vruće miješanje". Tim je sada zaključio da je "vruće miješanje" ključ super-čvrste prirode betona.
Tijekom ovog procesa, grudice vapna razvijaju karakterističnu krhku strukturu nanočestica koja stvara lako lomljiv i reaktivan izvor kalcija koji bi mogao imati ključnu funkciju u samoiscjeljivanju, prema studiji. Kada se sitne pukotine stvaraju u betonu, one putuju do kalcijevih kuglica koje imaju veću površinu od ostalih čestica. Ovaj materijal tada može reagirati s vodom i formirati otopinu bogatu kalcijem koja se može osušiti i stvrdnuti, brzo zatvarajući pukotinu. Alternativno, može reagirati s pucolanskim materijalima kako bi dodatno ojačao kompozit. Te se reakcije događaju spontano i stoga automatski zacjeljuju pukotine prije nego što se prošire.
"Uzbudljivo je razmišljati o tome kako bi ove izdržljivije betonske formulacije mogle produžiti ne samo životni vijek ovih materijala, već i kako bi mogle poboljšati trajnost 3D tiskanog betona"‘, kaže Mašić.
