Végre megtudjuk, hogy az ókori római beton hogyan bírt több ezer évig: ScienceAlert

Az ókori rómaiak mesterei voltak az építkezésnek és a mérnöki munkáknak, talán leginkább a vízvezetékek képviselték őket. Ezek a máig működő csodák egy egyedi építőanyagra támaszkodnak: a puccolánbetonra, egy elképesztően tartós betonra, amely a római építmények hihetetlen erejét adta.

Még ma is egyik épületük – a még sértetlen és közel 2000 éves Pantheon – tartja a világ legnagyobb vasbeton kupolájának rekordját.

A beton tulajdonságait általában összetevőinek tulajdonítják: a puccolánnak, a vulkáni hamu keverékének – amely az olaszországi Pozzuoli városról kapta a nevét, ahol nagy lerakódások találhatók – és Mész. Vízzel keverve a két anyag reakcióba lépve erős beton keletkezhet.

De, mint kiderült, nem ez a teljes történet. 2023-ban pedig a Massachusetts Institute of Technology (MIT) által vezetett nemzetközi kutatócsoport megállapította, hogy nemcsak az anyagok különböznek egy kicsit, mint gondoltuk, de a keverésük technikája is más.

A füstölgő pisztolyok kis fehér mészdarabok voltak, amelyeket jól összekevert betonban lehetett találni. Ezeknek a daraboknak a jelenlétét korábban a rossz keverésnek vagy az anyagoknak tulajdonították, de ennek nem volt értelme Admir Masek, az MIT anyagtudósa számára.

„Mindig is zavart az a gondolat, hogy ezeknek a mészkőtömböknek a jelenléte egyszerűen a rossz minőségellenőrzésnek köszönhető.” – mondta Macek Még 2023 januárjában.

„Ha a rómaiak annyi erőfeszítést tettek egy prémium építőanyag előállítására, az évszázadok során finomított részletes receptúrák alapján, miért tettek olyan kevés erőfeszítést a jól kevert végtermék előállítása érdekében? Többnek kell lennie ehhez a történethez.”

Macek és a csapat, az MIT építőmérnöke, Linda Seymour vezetésével 2000 éves római betonmintákat tanulmányoztak az olaszországi Perevernum régészeti lelőhelyéről. Ezeket a mintákat nagy felületű pásztázó elektronmikroszkópiának, energiadiszperzív röntgenspektroszkópiának, por röntgendiffrakciónak és konfokális Raman képalkotásnak vetették alá, hogy jobban megértsék a meszes tömegeket.

Az egyik kérdés a fejemben a felhasznált mész természete volt. A puccolánbeton szokásos értelmezése az, hogy használják Mészhidrát. Először is, a mészkövet magas hőmérsékleten hevítik, hogy egy nagyon reakcióképes maróport kapjanak, amelyet mészkőnek neveznek Oltatlan mészVagy kalcium-oxid.

Az égetett meszet vízzel keverve oltott meszet vagy kalcium-hidroxidot kapunk: kevésbé reakcióképes és kevésbé maró pasztát. Az elmélet szerint az ókori rómaiak ezt a hidratált meszet keverték a puccolánával.

A csapat elemzése alapján a mintáikban talált mésztömbök nem voltak összhangban ezzel a módszerrel. Alternatív megoldásként a római betont úgy is készíthették, hogy az égetett meszet puccolánnal és vízzel rendkívül magas hőmérsékleten, önmagában vagy a mészhidrát mellett közvetlenül keverték össze. Ezt a folyamatot a csapat „forró keverésnek” nevezi, amely mészmorzsákat eredményez.

„A melegkeverés előnyei kettősek.” – mondta Macek.

„Először is, amikor az adalékbetont magas hőmérsékletre hevítik, lehetővé teszi olyan kémiai reakciók létrejöttét, amelyek nem lehetségesek, ha csak mészhidrátot használnak, és magas hőmérsékletű kötött vegyületeket hoznak létre, amelyek egyébként nem képződhetnek. Másodszor, ez a megnövekedett hőmérséklet drámaian csökkenti a kikeményedést és keményedési idők, mivel minden reakció felgyorsul, ami sokkal gyorsabb felépítést tesz lehetővé.”

Van egy másik előnye is: a mészmorzsa figyelemre méltó öngyógyító képességet ad a betonnak.

Amikor repedések keletkeznek a betonban, azok előnyösen mésztömbökké alakulnak át, amelyek nagyobb felülettel rendelkeznek, mint a mátrix többi részecskéje. Amikor a víz belép a repedésbe, reakcióba lép a mésszel, és kalciumban gazdag oldatot képez, amely kalcium-karbonáthoz hasonlóan kiszárad és megkeményedik, összeragasztja a repedést, és megakadályozza annak további terjedését.

ez Észrevették Egy másik 2000 éves lelőhelyről, Cecilia Metella sírjából származó betonban, ahol a beton repedéseit kalcittal töltötték ki. Ez megmagyarázhatja azt is, hogy a 2000 évvel ezelőtt épült tengerfalak római betona miért maradt érintetlen évezredeken keresztül az óceánok folyamatos dübörgése ellenére.

Így a csapat úgy tesztelte leleteit, hogy ősi és modern receptek alapján puccolán betont készítettek égetett mész felhasználásával. Készítettek ellenőrző betont is égetett mész nélkül, és repedésvizsgálatokat végeztek. Az biztos, hogy a repedezett mészkőbeton két héten belül teljesen megkötődött, de a kontrollbeton repedt maradt.

A csapat most azon dolgozik, hogy a betont a jelenlegi beton környezetbarátabb alternatívájaként forgalmazza.

„Izgalmas elgondolkodni azon, hogy ezek a tartósabb betonkompozíciók nem csak ezen anyagok élettartamát növelhetik meg, hanem azt is, hogyan javíthatják a 3D nyomtatott betonkompozíciók tartósságát.” – mondta Macek.

A kutatás ben jelent meg A tudomány fejlődése.

A cikk egyik változata először 2023 januárjában jelent meg.