Rimska imperija, koja je iza sebe ostavila monumentalne građevine koje prkose vremenu i stoje već tisućljećima, izgrađena je na temeljima izvanrednog, samobnavljajućeg betona. Suvremeni znanstvenici dugo su pokušavali odgonetnuti kemijsku zagonetku ovog „čarobnog“ građevinskog materijala. Sada, zahvaljujući novim otkrićima napravljenim na ruševinama Pompeja, napokon imamo jasno razumijevanje njegove jedinstvene dugovječnosti.
Istraživači s prestižnog Tehnološkog instituta u Massachusettsu (MIT), koji su 2023. godine prvi put opisali potencijalni recept temeljen na analizi gradskih zidina u Privernu, sada su potvrdili svoju teoriju, rješavajući time dugogodišnju povijesnu raspravu.
Tajna „vrućeg miješanja” i vulkanskog pepela
Znanstvenici su otkrili da je ključni sastojak pucolan — reaktivni vulkanski prah koji potječe iz područja Pozzuolija, u blizini vulkana Vezuv. Međutim, nije stvar samo u sastojcima, već i u načinu na koji su se oni obrađivali.
Prema nalazima, ovaj materijal miješao se s vapnom i drugim suhim komponentama, nakon čega se dodavala voda. Taj postupak zagrijavao je smjesu u procesu poznatom kao „vruće miješanje“. Upravo ta visoka temperatura tijekom miješanja igrala je ključnu ulogu u stvaranju kemijskih veza koje moderni beton jednostavno nema.
Mikroskopska čarolija: Kako beton liječi sam sebe?
Ovaj neobičan način pripreme tijekom zgušnjavanja betona ostavljao je u njemu mikroskopske džepove visokoreaktivnog negašenog vapna u obliku sitnih bijelih zrna. Dugo se smatralo da su ta zrna rezultat lošeg miješanja, no pokazalo se da su ona zapravo „tajno oružje“ rimskih graditelja.
Prema riječima Admira Mašića, izvanrednog profesora na MIT-u i autora studije, ova su vapnenačka ugrušci ključ dugovječnosti:
- Kada se u strukturi s vremenom stvore pukotine, voda prodire u beton.
- Ta voda dolazi u kontakt s preostalim, reaktivnim vapnom.
- Dolazi do kemijske reakcije koja uzrokuje otapanje i ponovnu kristalizaciju vapna.
- Rezultat: Kristali učinkovito popunjavaju praznine i „liječe“ materijal.
Ova karakteristika je san za moderno građevinarstvo. Kako ističe Mašić: „Rimski cement je čvrst, sam se obnavlja i predstavlja dinamičan sustav.“
Rješavanje povijesne kontradikcije s Vitruvijem
Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Communications, imalo je za cilj ispraviti prazninu u vlastitoj teoriji MIT-a, koja je naizgled proturječila opisima slavnog rimskog inženjera Vitruvija u njegovom traktatu „De architectura libri decem“.
Vitruvije je tvrdio da su Rimljani dodavali vodu vapnu u početnoj fazi, stvarajući pastu, a tek su je potom miješali s drugim sastojcima, ne spominjući presudni korak vrućeg miješanja. Kako bi otkrili istinu, Mašićev tim analizirao je arheološke uzorke s gradilišta u Pompejima.
Što su otkrili u Pompejima?
Mikrostrukturna i kemijska analiza materijala s nezavršenog zida i hrpe suhe sirovine potvrdila je revolucionarnu tezu: fragmenti negašenog vapna bili su prethodno pomiješani s drugim suhim sastojcima.
Istraživanje stabilnih izotopa omogućilo je znanstvenicima da razlikuju vruće miješano vapno od gašenog vapna kakvog je opisao Vitruvije. To je dokazalo da su Rimljani pripremali svoj vezivni materijal na specifičan način:
- Miješali su drobljeni kalcinirani vapnenac (negašeno vapno) na suho s vulkanskim pepelom.
- Tek tada su dodavali vodu.
- Dodavanje vode pokretalo je proces vrućeg miješanja, stvarajući toplinu potrebnu za formiranje specifične kemijske strukture.
Iako ovo otkriće proturječi izravnom tumačenju Vitruvijevih zapisa, Mašić pretpostavlja da je inženjer možda bio pogrešno protumačen ili da se njegovo spominjanje topline tijekom miješanja odnosilo upravo na ovaj jedinstveni, vitalni korak koji je rimskim cestama i akvaduktima omogućio da prežive tisućljeća.
