Moderní betonové stavby mají zásadní problémy už po sto letech. Římané ale používali beton, který vydržel u celé řady domů přes dva tisíce let. Nová studie popsala, jak je to možné.
Římané dobyli většinu známého světa nejen meči a oštěpy svých legionářů, ale také svou výkonnou byrokracií a „nezničitelnými“ stavbami. Právě to třetí mohou lidé jako jediné obdivovat dodnes. Zatímco hmotné památky jiných kultur se proměnily už dávno v prach, přes dva tisíce let staré římské domy stále stojí a jsou ve vynikajícím stavu.
Vědci tento materiál zkoumají už spoustu let, většinou se nezdolnost římského betonu, z nějž se stavělo, přisuzuju chemické reakci mezi sopečným popelem a vápnem. Nový výzkum to potvrzuje, ale současně naznačuje, že trvanlivost betonu podstatně zlepšila i další prvek – proces, kterému se říká karbonatace. Archeologové na to přišli poté, co detailně analyzovali kousek betonu odebraný z latríny v luxusním venkovském sídle císaře Hadriána nedaleko Říma.
Materiál, který nepotřebuje opraváře
Vědci v tomto výzkumu navázali na tři roky starý výzkum expertů z MIT, kteří popsali, jak se dokázal římský beton sám opravovat – doslova jim regeneroval před očima. Když se v něm vytvořily trhliny, voda v něm rozpustila úlomky vápence a mezery vyplnila novými minerálními usazeninami.
Aby tento proces lépe prozkoumali, našli kvalitní kus římského betonu, který vydržel bez problémů běh času. Šlo o betonovou desku ze dna latríny, která se používala v areálu vily císaře Hadriána, tedy v době před asi devatenácti sty lety.
Vědci nejprve prozkoumali, z čeho byla vyrobená. Nenašli na ní nic výjimečného, jednalo se o běžný, klasický římský beton z úlomků vulkanické horniny, sopečného popela a vápna. Pak ho experti prozkoumali pomocí 3D rentgenových snímků, vysoce výkonných elektronových mikroskopů a celé řady chemických a mineralogických testů. To výzkumníkům umožnilo zmapovat póry, trhliny, úlomky vulkanické horniny a drobné minerální krusty, které kolem nich rostly. Tyto detaily mohli studovat v měřítkách od milimetrů až po nanometry.
Regenerace v praxi
Snímky odhalily, že hlavním minerálem, který beton spojuje, je kalcit, forma uhličitanu vápenatého. Vznikl pomalou reakcí mezi vápnem, vlhkostí a oxidem uhličitým ze vzduchu, což je právě výše popsaný proces jménem karbonatace. Jak tato minerální síť rostla, postupně vyplňovala drobné trhliny a póry a zvyšovala hustotu betonu. Tím vzniklo jakési utěsnění, které zablokovalo cesty pro vodu a škodlivé chemikálie, které by mohly beton nakonec degradovat.
Ukázalo se, že ani vulkanické úlomky nebyly jenom pasivní výplní. Jejich hrany reagovaly s vápnem a vytvářely malé množství jiné sloučeniny podobné cementu. To zpevnilo beton v místech, kde se úlomky horniny setkávaly s vápnem. „Karbonatace v průběhu dlouhého časového období také podstatně zvyšuje trvanlivost a potenciální samoléčivé vlastnosti betonu,“ napsali vědci ve své studii. „Nadměrný růst kalcitu hraje klíčovou roli při zvyšování trvanlivosti římského betonu tím, že vyplňuje drobné trhliny a dutiny uvnitř matrice.“
Vědci doufají, že tato zjištění přispějí k vývoji udržitelného moderního betonu s podobnými samoléčivými vlastnostmi.
